پوشش دهي چيست؟

يکي از مهمترين عوامل محدودکنندة انسان در تمام قرون براي رسيدن به آرزوهايش، پيدا نکردن مواد مناسبي بوده است که خواص مورد نظر را داشته باشند. مثلاً بشر پس از ساخت آسانسور و استفاده از آن در ساختمان‌هاي مرتفع، به اين فکر مي‌کرد که چگونه آسانسوري بسازد که با آن به فضا برود! اما يکي از مشکلات ــ به‌جز توليد طنابي به اين درازي و موتوري پرقدرت براي کشيدن محفظة آسانسور بين دو سياره ــ اين بود که تمام مواد مکشوفه تا آن زمان، قدرت تحمل وزن خود را در فاصلة بين دو سياره نداشتند. اما امروزه با استفاده از فناوري‌هاي پيشرفته مواد جديدي توليد يا مواد موجود تقويت شده‌اند که مي‌توانند وزن خود را در فاصلة بين دو سياره تحمل کنند!

خوب، اينکه در بالا گفتيم يعني چه؟ بشر براي ساخت آسانسورهاي فضايي به‌تازگي نانولوله‌هاي کربني‌اي را ساخته است که مقاومت زيادي در برابر کشيده شدن و پاره شدن دارند (حدود 7 برابر فولاد) و اين در حالي است که بسيار سبکتر از مواد محکم فعلي هستند.
براي درک مفهوم دوم (بهبود يا تقويت خواص مواد موجود) به مثال زير توجه کنيد:
تصور کنيد يک روز صبح که از خواب بيدار مي‌شويد يک نفر پوست صورتتان را کنده باشد! براي اطمينان، احتمالاً تشريف مي‌بريد جلو آينه، و... آن صحنة دلخراش را به چشم خود مي‌بينيد! فکر نمي‌کنم ديگر ادامة زندگي با آن وضع برايتان ممکن باشد. شما به يک لولوي تمام‌عيار تبديل شده‌ايد که علاوه بر بچه‌هاي کوچک، خودتان هم از وحشت جيغ مي‌کشيد. براي رفع مشکل چه مي‌کنيد؟ خوب، اولين کار اين است که فرياد بکشيد و با يک وسيله مثل باند تمام بدنتان را بپوشانيد. اين‌طوري لااقل ميکروب‌ها و عوامل عفونت‌زا کمتر به بدنتان نفود مي‌کنند. چون پوست به عنوان پوششي براي بافت‌هاي داخلي بدن در مقابل محيط بيرون عمل مي‌کند (شکل 1). اما اين کافي نيست. شما نمي‌توانيد به خوبيِ گذشته از عهدة کارهاي روزمره‌تان برآييد. چون باند پوشش مناسبي براي صورت شما نيست و تنها مي‌تواند به عنوان يک پوشش موقت به کار رود تا اينکه سراغ يک جراح پلاستيک ماهر برويد و يک فکر اساسي بکنيد. (البته ديگر کار از کار گذشته!)

شکل 1 ـ تصويري از يک پوشش چندلاية باند زخم که جايگزين پوست بدن شده است.

تمام مواد و محصولات مورد استفادة ما هم نياز به پوشش دارند، چون نبايد در طي مراحل توليد، بستهبندي، ورود به بازار و مهم‌تر از همه در موقع مصرف، خواص و ويژگي‌هاي خود را از دست بدهند. البته گاهي هم براي بهبود خواص فيزيکي، شيميايي و مکانيکي از فناوري پوشش‌دهي استفاده مي‌کنيم.

پوشش چيست؟
به طور کلي «پوشش» لايه‌اي است با ضخامت کمتر از مادة پايه، که پوشش روي آن نشانده مي‌شود. با تغيير اين ضخامت و نحوة نشاندن پوشش روي مادة پايه، انواع پوشش‌هاي مورد نياز براي کاربردهاي خاص را به وجود مي‌آوريم.

2. چگونه يک لايه پوشش روي يک سطح نشانده مي‌شود؟
روش اول:
مي‌خواهيم سطح ماده‌اي را با يک ماده با خواص بهتر بپوشانيم. مهمترين عامل براي چسبيدن يک لايه پوشش به مادة پايه سطح تماس بين اين دو است. بايد سطح تماس بين اين دو را بيشتر کنيم تا پوشش‌دهي بهتر انجام شود. اما چگونه؟ براي اين کار از ذره‌هاي تشکيل‌دهندة آن ماده استفاده مي‌کنيم. همان‌طور که در مقالة نانوپودرها خوانديد، وقتي ما جسمي را خرد مي‌کنيم، ذره‌هاي تشکيل‌دهندة آن با جمع شدن در کنار هم، همان جسم اوليه را تشکيل مي‌دهند، با اين تفاوت که سطح تماس بيروني مجموع ذرات در مقايسه با قطعة اوليه افزايش پيدا کرده است. با توجه به اين خاصيت، محيطي را فراهم مي‌کنيم که سطح بيروني ذرات را به همديگر و به مادة پايه بچسباند.
اين يک روش توليد پوشش بود .

روش دوم:
يک راه ديگر براي براي پوشش‌دهي اين است که به جاي ذره‌ذره کردن پوشش، آن را اتم‌به‌اتم درست کنيم. براي اين کار کافي است که اتم‌هاي مادة اول را بکَنيم و به اتم‌هاي مادة دوم بچسبانيم. مي‌دانيد که هر اتم از يک هسته (پروتون + نوترون) با بار مثبت تشکيل شده است که الکترون‌ها با بار منفي به دور آن مي‌چرخند. هميشه تعداد الکترون‌ها و پروتون‌ها با هم برابرند. در نتيجه بار کل اتم خنثي است. حالا اگر اتمي الکترون از دست بدهد به يون مثبت و اگر الکترون بگيرد به يون منفي تبديل مي‌شود. الکترون‌ها در ترازهايي به صورت يک ابر الکتروني‌ به دور هسته مي‌چرخند. (شکل 2)

شکل2- شماتيکي از ساختار يک اتم

ولي چگونه يک اتم مي‌تواند الکترون بگيرد يا از دست بدهد؟
بين ذرات همنام و غيرهمنامي که در ساختار اتم وجود دارند، نيروهاي دافعه و جاذبه‌اي هستند که نيروي برآيند حاصل از آنها الکترون را در فاصله‌اي معين از پروتون نگه مي‌دارد. با اعمال نيروي معادل آن مي‌توان الکترون را از پروتون جدا کرد. با اين کار ذره بار مثبت مي‌گيرد، چون يک الکترون از دست داده است. با اعمال يک ولتاژ قوي اين نيرو تأمين مي‌شود. به اين ترتيب، شرايطي فراهم مي‌شود که اتم‌هاي ماده‌اي که مي‌خواهند پوشش داده شوند الکترون از دست بدهند و اتم‌هاي مادة پايه الکترون بگيرند. در نتيجه يون‌ها مانند دو قطب مثبت و منفي آهنربا همديگر را جذب مي کنند.

و اما روش سوم :
به ياد داريد که در دورة راهنمايي با خواص محلول‌ها آشنا شديم. يکي از اين محلول‌ها، «محلول فراسيرشده» بود. براي حل کردن يک حل‌شونده در حلال حدّ معيني وجود دارد. اگر از آن حد بگذرد، محلول فراسيرشده به وجود مي‌آيد. حال اگر يک محلول فراسيرشده داشته باشيم و آرام‌آرام آن را سرد کنيم، با يک ضربه ذرات اضافي رسوب مي‌کنند. لابد مي‌پرسيد اين کارها چه ربطي به پوشش دارد؟ اگر کاري کنيم که اين ذارت روي سطح رسوب کنند و بعد از رسوب دادن اين ذرات بتوانيم آنها را به سطح بچسبانبم، در حقيقت با استفاده از محلول، سطح مورد نظر را پوشش داده‌ايم.

چرا بايد ماده‌اي را با مادة ديگر بپوشانيم؟
انسان به مرور زمان ياد گرفته است که از خواص مواد براي برطرف کردن نيازهاي خود استفاده کند. با استفاده از خواص مواد مختلف، مي‌توان قابليت‌هاي جديدي به محصول افزود و از آن به‌خوبي استفاده کرد. در صنعت پوشش‌دهي، توجه به خواص از اهميت زيادي برخوردار است. همه با آلومينيوم آشناييم. آلومينيوم فلزي است سبک و نرم. به خاطر همين سبکي در صنعت کاربردهاي زيادي دارد (مثلاً در هواپيماسازي)، ولي حتي با ناخن هم مي‌توان روي آن خط ايجاد کرد؛ آلومينيوم سختيِ کمي دارد.

با پوشش مناسبي که سختي لازم را داشته باشد، مي‌توان سختي را زياد کرد و در عين حال بر وزن آن نيفزود. با استفاده از خواص مکانيکي مي‌توان کاربردهاي جديدي براي مواد کشف کرد. خواص فيزيکي و شيميايي، مانند چگالي، مقاومت الکتريکي و... هم در اين طبقه‌بندي قرار مي‌گيرند.

3. چرا مواد را مي‌پوشانيم؟
همان‌طور که قبلاً هم اشاره شد، براي بهبود خواص و حفظ ويژگي‌ها و خواص ماده.
اگر مواد خورنده مثل اسيدها به مادة پايه نفوذ کنند، با مادة پايه واکنش مي‌دهند و در خواص آن تغيير به وجود مي‌آورند. اين فرآيند در صنعت بسيار خطرناک است. بدنة کشتي‌اي که از آهن باشد، در اثر خوردگي با گذشت زمان با چه فاجعه‌اي در دل يا قعر دريا مواجه خواهد شد! حدستان درست است: آهن زنگ مي‌زند (خورده مي‌شود)، بدنه ترک برمي‌دارد و در نهايت کشتي غرق مي‌شود و مسافران بيچاره مي‌ميرند. به همين سادگي!
ولي اگر از يک پوشش ضد زنگ استفاده کنيم، هم امنيت جاني مسافران را تأمين کرده‌ايم و هم ــ اين هم مهمتر است ــ بر عمر کشتي افزوده‌ايم. به علاوه، افزايش هزينة انجام اين کار خيلي کمتر از هزينه‌اي است که در اثر آسيب ديدن بدنة کشتي ممکن است به وجود بيايد. (شکل 3)

 شکل 3 ـ شمايي از يک کشتي در حال غرق شدن

این مقاله را در سایت باشگاه نانو هم می توانید مطالعه کنید