Nguvu kubwa za mipako hufanya iwezekanavyo haiwezekani

Injini za ndege ni mojawapo ya kazi bora zaidi za uhandisi ambazo wanadamu wamewahi kuja nazo.

Lakini injini za ndege hazipaswi kuwezekana, anasema Ben Beake, mkurugenzi wa utafiti wa nyenzo katika Micro Materials, kampuni ya kupima vifaa huko Wales.

“Hewa inayoingia ni moto zaidi kuliko kiwango cha kuyeyuka cha chuma kilicho chini – ambayo ni wazi sio jambo zuri,” anaelezea, akionyesha kuwa hewa hii hufikia joto zaidi ya 1,000C.

Wabunifu wa injini za ndege wamekabiliana na tatizo hili kwa kutumia mipako ya kauri inayostahimili joto kwenye vile vile vya injini. Na sasa, watafiti wanatengeneza mipako yenye nguvu zaidi ambayo inaruhusu injini kufanya kazi zaidi.

“Ikiwa utaifanya iwe moto zaidi, basi kuna uokoaji mkubwa kwenye mafuta na CO2,” anasema Dk Beake. Kwa kuongeza halijoto kwa 30C au zaidi, unaweza kupata uokoaji wa mafuta kwa 8%, anakadiria.

Hii ni nguvu ya mipako – hubadilisha kwa kiasi kikubwa utendaji na uwezo wa nyenzo za msingi. Watu wachache wanatambua jinsi zilivyo muhimu, lakini viwekeleo hivi na vena vinaweza kuchaji mashine zenye utendakazi wa hali ya juu, au kuhakikisha kuwa vifaa vya bei ghali vinadumu katika mazingira magumu zaidi.

Dk Beake na wenzake wamepewa jukumu la kusukuma mipako hadi kikomo chao, ili kuona jinsi walivyo na nguvu au ufanisi. Wateja wake huwa hawapati matokeo wanayotaka. Anakumbuka alimwambia mtengenezaji wa makombora, “Tumevunja koti lako,” miaka kadhaa iliyopita. “Waliondoka kwa kishindo,” anasema Dk Beake.

Kando na kuweka mipako kwenye halijoto ya juu, Micro Materials pia ina kifaa cha “kigogo”, kalamu ndogo ya almasi, ambayo mara kwa mara hugonga mipako mahali popote ili kujaribu uimara wake.

Hivi majuzi, kampuni hiyo imefanya kazi na Teer Coatings yenye makao yake nchini Uingereza ili kujaribu bidhaa ambayo inaweza kutumika kwa vipengele vya satelaiti ikiwa ni pamoja na gia na fani zinazotumiwa katika sehemu mbalimbali za kusonga.

Ni kazi ngumu, anasema Xiaoling Zhang, kutoka kwa kampuni, kwa sababu mipako lazima ilinde vipengee kama hivyo kabla ya kuzinduliwa (vinapoathiriwa na unyevu wa anga katika kiwango cha chini) na pia katika obiti, dhidi ya chembe za vumbi na mionzi angani. Walakini, anadai kuwa kampuni hiyo imepata matokeo yaliyotarajiwa.

Lakini kando na kulinda vyombo vya anga, mipako inaweza pia kuwazuia wanaanga wasiugue.

Filamu za kibayolojia – mikusanyiko ya bakteria ndani ya mabomba – hukua haraka katika mazingira ya chini ya uvutano , ambayo inaweza kuwa tatizo kwa usambazaji wa maji au mashine ambayo husogeza maji kwenye vituo vya angani au vyombo vya angani vya siku zijazo, kwa mfano.

“Filamu za viumbe zinajulikana kusababisha kushindwa kwa mitambo,” anasema Kripa Varanasi katika Taasisi ya Teknolojia ya Massachusetts. “Hutaki hii.”

Prof Varanasi na wenzake wameunda aina mbalimbali za mipako ambayo hufanya nyuso kuteleza na hivyo kustahimili uundaji wa filamu za kibayolojia. Majaribio ya moja ya mipako kama hiyo katika jaribio lililofanywa kwenye Kituo cha Kimataifa cha Anga ya Juu iligundua kuwa ilifanya kazi kama ilivyokusudiwa .

Wazo nyuma ya mipako ni kuchanganya pamoja nyenzo imara na lubricant. Kisha hunyunyiziwa kwenye sehemu ya ndani ya bomba au bomba, ambayo hufanya uso wa ndani utelezi sana.

Prof Varanasi amewahi kutaja vichwa vya habari vya kutengeneza mipako sawa ya sehemu za ndani za pakiti za dawa ya meno – ili uweze kupata kila sehemu ya mwisho ya dawa ya meno. Yeye na wenzake wameuza teknolojia hiyo kibiashara kupitia kampuni yao inayozunguka LiquiGlide.

Utelezi, labda, ni sifa isiyothaminiwa. Nuria Espallargas katika Chuo Kikuu cha Sayansi na Teknolojia cha Norway na wenzake wameunda mipako yenye msingi wa silicon kwa vifaa vinavyotumika katika utengenezaji au ukarabati wa alumini.

Ni aina ya kikaango kisicho na fimbo, kumaanisha kwamba tabaka za alumini iliyoyeyuka hazishiki kwenye kifaa hiki cha gharama kubwa. Utendaji sahihi wa mipako hii kwa sasa ni jambo la siri, ingawa.

“Kusema ukweli, hatujui jinsi inavyofanya kazi, utaratibu haujulikani kwa sasa,” anasema Prof Espallargas.

Walakini, mipako hiyo inapatikana kibiashara kupitia kampuni yake ya spin-out ya Seram Coatings. Atlas Machine and Supply, kampuni ya Marekani inayotengeneza na kukarabati mashine za viwandani, imejaribu.

“Faida halisi iko katika kupanua maisha ya zana na kuboresha ubora wa bidhaa zinazozalishwa,” anasema Jeremy Rydberg, afisa mkuu wa uvumbuzi.

Anasema kwamba, bila mipako, Atlas lazima itengeneze zana za roller inazotumia kufanya kazi ya alumini kila siku mbili. Hii inagharimu $4.5m kila mwaka. Lakini upakaji mpya unamaanisha kuwa zana hizi hudumu kwa wiki nzima, sio siku chache tu, na kupunguza gharama hizo za ujenzi hadi karibu $1.3m kwa mwaka.

Mipako inaweza kufanya mambo ya kustaajabisha, lakini huwa haifanyi kazi inavyokusudiwa, anabainisha Andy Hopkinson, mkurugenzi mkuu katika Safinah Group, kampuni ambayo mara nyingi huitwa ili kuchunguza wakati mipako inapoharibika.

“Tunaona masuala mengi kwa sasa kuhusu viwanja vya magari, ambapo mfumo wao wa ulinzi wa moto unazimika,” anasema, akimaanisha rangi inayostahimili moto wakati mwingine inayotumika kwenye miundo thabiti.

Na kampuni yake pia imegundua kuwa mipako inayowekwa kwenye meli za kibiashara sio kila wakati inazuia barnacles na viumbe vingine vya baharini kushikamana na meli. Tatizo hili, linalojulikana kama biofouling, huongeza msuguano, kumaanisha kwamba injini ya meli lazima ifanye kazi kwa bidii zaidi – na kuchoma mafuta zaidi.

Licha ya upatikanaji wa mipako ambayo inaahidi kusaidia, wamiliki wa meli sio daima kuchagua moja sahihi kwa chombo chao. Chaguo hilo linapaswa kutegemea mahali ambapo meli inasafiri, ni muda gani kwa sababu ya kutokuwa na shughuli badala ya kusonga, na kadhalika, anasema Dk Hopkinson.

Gharama ya kurekebisha masuala kama hii inaweza kufikia maelfu mengi, au hata mamilioni ya pauni. “Kwa kawaida, rangi hugharimu kati ya 1 na 2% ya mradi. Shida ni kwamba, inapoenda vibaya, gharama huwa kubwa zaidi, “anasema Bw Hopkinson.

Watafiti wanaofanya kazi katika uwanja huu, ingawa, wanasema kuwa bado kuna fursa nyingi za kuboresha mipako na kukuza mpya ambayo inaweza kuboresha sana utendaji wa mashine au miundombinu katika siku zijazo.