1. پوشش چیست؟
مقدمه
بشر همواره بلندپرواز بوده است. همیشه رؤیاهای بزرگی در سرها بوده‌اند که باید بیرون می‌آمدند و عینیت می‌یافتند. اما طی این مسیر یعنی بیرون کشیدن رؤیاهای دور و دراز از ذهن‌ها با دشواری‌های بسیار همراه است. گرچه بسیاری از این رؤیاهای پیشینیان در زمان‌های بعد و به‌ویژه زمان ما به حقیقت پیوستند، اما بسیاری از صاحبان آرزو بسیار بسیار پیش از این چشم از جهان فرو بستند. برای تحقق این آرزوها باید مسیری بلند در زمان به‌تدریج پیموده می‌شد. کشف آتش، کشف مواد مقاوم مثل آهن (که اول‌بار از شهاب‌سنگ‌هایی که از فضا به زمین برخورد کرده بودند استخراج شد)، کشف چرخ، برق، موتور بخار و... باید روی می‌داد تا مثلاً اختراع اتومبیل و هواپیما واقعیت یابد.
یکی از مهمترین عوامل محدودکننده انسان در تمام قرون برای رسیدن به آرزوهایش، پیدا نکردن مواد مناسبی بوده است که خواص مورد نظر را داشته باشند. مثلاً بشر پس از ساخت آسانسور و استفاده از آن در ساختمان‌های مرتفع، به این فکر می‌کرد که چگونه آسانسوری بسازد که با آن به فضا برود! اما یکی از مشکلات به‌جز تولید طنابی به این درازی و موتوری پرقدرت برای کشیدن محفظه آسانسور بین دو سیاره این بود که تمام مواد مکشوفه تا آن زمان، قدرت تحمل وزن خود را در فاصله بین دو سیاره نداشتند. اما امروزه با استفاده از فناوری‌های پیشرفته مواد جدیدی تولید یا مواد موجود تقویت شده‌اند که می‌توانند وزن خود را در فاصله بین دو سیاره تحمل کنند!
خوب، اینکه در بالا گفتیم یعنی چه؟ بشر برای ساخت آسانسورهای فضایی به‌تازگی نانولوله‌های کربنی‌ای را ساخته است که مقاومت زیادی در برابر کشیده شدن و پاره شدن دارند (حدود 7 برابر فولاد) و این در حالی است که بسیار سبکتر از مواد محکم فعلی هستند.
برای درک مفهوم دوم (بهبود یا تقویت خواص مواد موجود) به مثال زیر توجه کنید:
تصور کنید یک روز صبح که از خواب بیدار می‌شوید یک نفر پوست صورتتان را کنده باشد! برای اطمینان، احتمالاً تشریف می‌برید جلو آینه، و... آن صحنه دلخراش را به چشم خود می‌بینید! فکر نمی‌کنم دیگر ادامه زندگی با آن وضع برایتان ممکن باشد. شما به یک لولوی تمام‌عیار تبدیل شده‌اید که علاوه بر بچه‌های کوچک، خودتان هم از وحشت جیغ می‌کشید. برای رفع مشکل چه می‌کنید؟ خوب، اولین کار این است که فریاد بکشید و با یک وسیله مثل باند تمام بدنتان را بپوشانید. این‌طوری لااقل میکروب‌ها و عوامل عفونت‌زا کمتر به بدنتان نفود می‌کنند. چون پوست به عنوان پوششی برای بافت‌های داخلی بدن در مقابل محیط بیرون عمل می‌کند (شکل 1). اما این کافی نیست. شما نمی‌توانید به خوبیِ گذشته از عهده کارهای روزمره‌تان برآیید. چون باند پوشش مناسبی برای صورت شما نیست و تنها می‌تواند به عنوان یک پوشش موقت به کار رود تا اینکه سراغ یک جراح پلاستیک ماهر بروید و یک فکر اساسی بکنید. (البته دیگر کار از کار گذشته!)
(تصاویر در فایل اصلی موجود است )
شکل 1 تصویری از یک پوشش چندلایه باند زخم که جایگزین پوست بدن شده است.
تمام مواد و محصولات مورد استفاده ما هم نیاز به پوشش دارند، چون نباید در طی مراحل تولید، بستهبندی، ورود به بازار و مهم‌تر از همه در موقع مصرف، خواص و ویژگی‌های خود را از دست بدهند. البته گاهی هم برای بهبود خواص فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی از فناوری پوشش‌دهی استفاده می‌کنیم.
پوشش چیست؟
به طور کلی «پوشش» لایه‌ای است با ضخامت کمتر از ماده پایه، که پوشش روی آن نشانده می‌شود. با تغییر این ضخامت و نحوه نشاندن پوشش روی ماده پایه، انواع پوشش‌های مورد نیاز برای کاربردهای خاص را به وجود می‌آوریم.
2. چگونه یک لایه پوشش روی یک سطح نشانده می‌شود؟
روش اول:
می‌خواهیم سطح ماده‌ای را با یک ماده با خواص بهتر بپوشانیم. مهمترین عامل برای چسبیدن یک لایه پوشش به ماده پایه سطح تماس بین این دو است. باید سطح تماس بین این دو را بیشتر کنیم تا پوشش‌دهی بهتر انجام شود. اما چگونه؟ برای این کار از ذره‌های تشکیل‌دهنده آن ماده استفاده می‌کنیم. همان‌طور که در مقاله نانوپودرها خواندید، وقتی ما جسمی را خرد می‌کنیم، ذره‌های تشکیل‌دهنده آن با جمع شدن در کنار هم، همان جسم اولیه را تشکیل می‌دهند، با این تفاوت که سطح تماس بیرونی مجموع ذرات در مقایسه با قطعه اولیه افزایش پیدا کرده است. با توجه به این خاصیت، محیطی را فراهم می‌کنیم که سطح بیرونی ذرات را به همدیگر و به ماده پایه بچسباند.
این یک روش تولید پوشش بود .
روش دوم:
یک راه دیگر برای برای پوشش‌دهی این است که به جای ذره‌ذره کردن پوشش، آن را اتم‌به‌اتم درست کنیم. برای این کار کافی است که اتم‌های ماده اول را بکَنیم و به اتم‌های ماده دوم بچسبانیم. می‌دانید که هر اتم از یک هسته (پروتون + نوترون) با بار مثبت تشکیل شده است که الکترون‌ها با بار منفی به دور آن می‌چرخند. همیشه تعداد الکترون‌ها و پروتون‌ها با هم برابرند. در نتیجه بار کل اتم خنثی است. حالا اگر اتمی الکترون از دست بدهد به یون مثبت و اگر الکترون بگیرد به یون منفی تبدیل می‌شود. الکترون‌ها در ترازهایی به صورت یک ابر الکترونی به دور هسته می‌چرخند. (شکل 2)
شکل2- شماتیکی از ساختار یک اتم
ولی چگونه یک اتم می‌تواند الکترون بگیرد یا از دست بدهد؟
بین ذرات همنام و غیرهمنامی که در ساختار اتم وجود دارند، نیروهای دافعه و جاذبه‌ای هستند که نیروی برآیند حاصل از آنها الکترون را در فاصله‌ای معین از پروتون نگه می‌دارد. با اعمال نیروی معادل آن می‌توان الکترون را از پروتون جدا کرد. با این کار ذره بار مثبت می‌گیرد، چون یک الکترون از دست داده است. با اعمال یک ولتاژ قوی این نیرو تأمین می‌شود. به این ترتیب، شرایطی فراهم می‌شود که اتم‌های ماده‌ای که می‌خواهند پوشش داده شوند الکترون از دست بدهند و اتم‌های ماده پایه الکترون بگیرند. در نتیجه یون‌ها مانند دو قطب مثبت و منفی آهنربا همدیگر را جذب می کنند.
و اما روش سوم :
به یاد دارید که در دوره راهنمایی با خواص محلول‌ها آشنا شدیم. یکی از این محلول‌ها، «محلول فراسیرشده» بود. برای حل کردن یک حل‌شونده در حلال حدّ معینی وجود دارد. اگر از آن حد بگذرد، محلول فراسیرشده به وجود می‌آید. حال اگر یک محلول فراسیرشده داشته باشیم و آرام‌آرام آن را سرد کنیم، با یک ضربه ذرات اضافی رسوب می‌کنند. لابد می‌پرسید این کارها چه ربطی به پوشش دارد؟ اگر کاری کنیم که این ذارت روی سطح رسوب کنند و بعد از رسوب دادن این ذرات بتوانیم آنها را به سطح بچسبانبم، در حقیقت با استفاده از محلول، سطح مورد نظر را پوشش داده‌ایم.
چرا باید ماده‌ای را با ماده دیگر بپوشانیم؟
انسان به مرور زمان یاد گرفته است که از خواص مواد برای برطرف کردن نیاز های خود استفاده کند. با استفاده از خواص مواد مختلف، می‌توان قابلیت‌های جدیدی به محصول افزود و از آن به‌خوبی استفاده کرد. در صنعت پوشش‌دهی، توجه به خواص از اهمیت زیادی برخوردار است. همه با آلومینیوم آشناییم. آلومینیوم فلزی است سبک و نرم. به خاطر همین سبکی در صنعت کاربردهای زیادی دارد (مثلاً در هواپیماسازی)، ولی حتی با ناخن هم می‌توان روی آن خط ایجاد کرد؛ آلومینیوم سختیِ کمی دارد.