Miscele militari di rivestimenti 'intelligenti'

Convogli di carri armati dell'esercito degli Stati Uniti stanno attraversando il Kuwait questo mese, pronti a svolgere un ruolo chiave nella guerra con l'Iraq. Ma prima di sparare un solo colpo, quei carri armati sono già impegnati in una battaglia con vecchi nemici: le sabbie del deserto, il sole cocente e persino l'aria stessa.

Ogni anno, l'asse della corrosione costa all'esercito degli Stati Uniti $ 10 miliardi di dollari - $ 2 miliardi per la sola verniciatura e raschiatura, lavoro ad alta intensità di lavoro che è pericoloso per le persone e l'ambiente. Così lo scorso autunno, l'Army's Tank-Automotive and Armaments Command, Armament Research, Development and Engineering Center (TACOM-ARDEC) a Picatinny Arsenal, NJ, ha chiesto a una coalizione di ricercatori del New Jersey Institute of Technology, della Clemson University e dell'Università di Illinois per fare qualcosa al riguardo. Il comando ha assegnato loro $ 838.000 e ha promesso fino a $ 1,5 milioni in più per trovare materiali che combinino caratteristiche di autoguarigione con la capacità di cambiare colore e rilevare danni strutturali o cambiamenti ambientali. Dan Watts, l'uomo che guida il programma NJIT, afferma che la loro ricerca è stata spinta da progressi inaspettatamente rapidi nei polimeri autorigeneranti e nell'elettronica realizzati con nanotubi di carbonio che vanno oltre il regno delle interessanti speculazioni accademiche e si avvicinano alla praticità economica.

Trovare il giusto mix

Per diversi anni, i ricercatori sui materiali hanno perseguito polimeri autoriparanti che possono essere applicati su una superficie - come i macchinari industriali - e che resistano al deterioramento che si verifica nel tempo (vedi Nano biomateriali , TR, novembre 2002). Ma nessuno ha ancora trovato un materiale che possa ripararsi ripetutamente, funzionare come un rivestimento sottile, essere conservato per anni e, per applicazioni militari, resistere agli agenti chimici. A tal fine, il gruppo Picatinny ha cercato Nancy Sottos, professore di meccanica presso l'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign. Il laboratorio di Sottos ha progettato una resina epossidica con capsule in scala micron che scoppiano quando si formano delle crepe, sigillandole rapidamente. ( Clicca per l'animazione .) La chiave per renderlo un prodotto è la durata di conservazione, afferma Sottos. In questo momento, li mescoliamo e li spezziamo subito.

Oltre alle proprietà di autoriparazione, il rivestimento intelligente ideale dell'esercito deve anche incorporare dispositivi su scala nanometrica che rilevano la corrosione nel momento in cui si verifica, forse, afferma Watts, rilevando il movimento nel materiale.

Per rilevare il suo ambiente, ricevere comandi e propagare i cambiamenti di colore da una molecola all'altra, i rivestimenti avranno bisogno di cablaggio. Alla Clemson, i ricercatori pensano che i nanotubi di carbonio possano servire; riempiono i tubi di ferro per creare circuiti rudimentali, anche se non è ancora chiaro se questo approccio a bassa potenza possa creare la gamma di colori di cui l'esercito ha bisogno. Tornati al New Jersey Institute of Technology, i loro collaboratori stanno lavorando per controllare i nanotubi con elettricità, luce e laser, afferma Joseph Argento, vice del Centro di ecologia industriale dell'esercito a Picatinny.

La collaborazione sta studiando i sistemi microelettromeccanici (MEMS), in fase di studio altrove a Picatinny, anche se c'è dubbio che le macchine microscopiche forniranno il giusto mix per i rivestimenti intelligenti. È ancora una tecnologia sexy, afferma Laura Battista, ingegnere ambientale di Picatinny che si occupa di rivestimenti intelligenti. Ma in questo momento non c'è niente di pronto. I MEMS potrebbero essere utili, tuttavia, negli schermi che rendono i veicoli invisibili ai satelliti, affermano questi ricercatori.

L'obiettivo finale, afferma Watts, è visualizzare un'immagine dell'ambiente circostante il veicolo sulla sua superficie. Ma c'è un problema: far fondere in modo convincente l'immagine falsa potrebbe richiedere di montare la telecamera vicino all'osservatore, il nemico, in questo caso. Watts dice che l'esercito potrebbe accontentarsi di un secondo miglior effetto camaleonte che cambia rapidamente da uno schema all'altro.

Accendi un interruttore, dipingi la tua casa

I rivestimenti intelligenti troveranno applicazioni oltre l'esercito, affermano i ricercatori. Watts immagina auto resistenti alla corrosione che possono essere personalizzate sul posto, cartelloni pubblicitari programmabili e tessuti che cambiano colore. Gli esterni degli edifici potrebbero essere ridisegnati con il semplice tocco di un interruttore. Le case automobilistiche sono in procinto di sviluppare paraurti autoriparanti, afferma Argento. Puoi solo immaginare cosa potrebbe fare questo rivestimento per edifici e ponti che non devi preoccuparti di corrodere, aggiunge.

Nonostante i formidabili ostacoli, i ricercatori mirano a produrre un prototipo già nel 2005 (anche se forse ancora nel 2009) se i soldi durano. I componenti, come gli adesivi autorigeneranti che non sono esposti agli elementi, potrebbero arrivare prima. Stiamo costruendo una buona e solida base tecnica che suggerisce che ciò dovrebbe essere possibile, afferma Watts. Ciò che è ancora sconosciuto è come il tutto sarà integrato.

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