گفتیم که یکی از مهمترین عواملی که باعث شد بشر اقدام به پوشش برخی از مواد به وسیلة مواد دیگر کند، نیاز به بهبود خواص مهندسی این مواد بود. در این قسمت، ابتدا خواص مهندسی مواد را در سه دستة خواص شیمیایی، خواص مکانیکی و خواص فیزیکی توضیح می‌دهیم و سپس خواص مهندسی پوشش‌های معمولی و نانوپوششها را مقایسه می‌کنیم.
اختلاف نانوپوششها با پوشش‌های معمولی در ساختار و خواصشان است. پس با شناختن خواص و ساختار نانوپوششها می‌توان متوجه این اختلاف‌ها شد. خاصیت هر ماده مربوط به ذرات سازندة آن است. خواص پوشش، به دانه¬ و ذرات تشکیل‌دهندة آن بستگی دارد. خواص شیمیایی، فیزیکی و مکانیکیِ نانوپوششها خواصی هستند از قبیل: مقاومت الکتریکی، نفوذپذیری، مقاومت نسبت به خوردگی، سایش، خاصیت مغناطیسی و... . این خواص تابع ساختار و اندازة دانة پوشش‌ها هستند. روشن است که استفاده از این خواص کاربردهای زیادی فراهم می‌کند. یکی از تفاوت‌های عمده میان نانوپوششها و پوشش‌های معمولی، مقاومت بالای نانوپوششها نسبت به خوردگی است.
خواص خوردگی
اتم‌ها در حوزه‌هایی به صورت منظم چیده شده‌اند. به این حوزه‌های منظم «دانه» می‌گویند. (مقالة «چه چیزی خواص مواد را مشخص می کند؟» را ببینید.) اگر سه دانه با هم برخورد کنند، به آن نقطه، «نقطة سه‌گانه» می‌گویند. این به آن می‌ماند که سه دایره با هم برخورد کنند. به خاطر شکل هندسی دایره، فضای خالی‌ای در محل اتصال ایجاد می‌شود که به آن «مرز دانه» می‌گویند. شکل زیر را بینید. (شکل 9)
اتم‌هایی که در مرز قرار دارند، متعلق به هیچ دانه‌ای نیستند. در نتیجه با اتم‌های کناری خود تعداد پیوند کمتری برقرار می‌کنند. وقتی مادة خورنده در پوشش نفوذ می‌کند، با اتم‌های مرزِ دانه پیوند تشکیل می‌دهد و مواد جدیدی درست می¬کند. مثلاً وقتی آب در آهن نفوذ می‌کند، زنگ آهن درست می‌کند که از نظر ترکیب، هم با آب و هم با آهن فرق دارد. به این ترتیب، باعث خوردگی می¬شود.
با این حساب، نانوپوششها باید بیشتر در معرض خوردگی باشند. پس چرا مقاومترند؟ در نانوپوششها مساحت مرزِ دانه زیاد است و این موجب خوردگی بیش از اندازه می‌شود. ولی این خوردگی در مرز اتفاق می‌افتد نه درون دانه. اما چون این نقاط پراکندگی یکنواختی دارند، بنابراین خوردگی یکنواخت‌تر است و خوردگی موضعی که ترک و شکست ایجاد می‌کند در کار نخواهد بود.
خواص مکانیکی
پوشش‌دهی و نانوپوششها خواص مناسب دیگری هم دارند که موجب استفادة فراوان از آنها شده است. تصور کنید که مادة نرمی داشته باشید و برای شما مهم است این ماده نرم باشد تا در برابر ضربه و دیگر بارها و نیروهای مکانیکی که به صورت ناگهانی اعمال می‌شوند نشکند. اما از طرفی این ماده همواره در تماس با یک مادة زبر است و بین این دو قطعه اصطکاک به وجود می‌آید. خوب واضح است که روی سطح مادة نرم شما همواره خش و خط می‌افتد و قطعة شما از بین خواهد رفت. برای حل این مشکل یک لایه از یک مادة سخت را روی سطح مادة اول می‌نشانند تا در برابر نیروهایی که در سطح ماده اعمال می‌شوند، مثل اصطکاک، مقاوم شود. از طرف دیگر، مغز قطعه هنوز نرم و انعطاف‌پذیر است. بنابراین، قطعه در برابر نیروهای ناگهانی مثل ضربه هم مقاوم خواهد بود. پس دیدید که چگونه خواص مکانیکی یک ماده ــ مثل سختی ــ را با پوشش‌دهی می‌توان بهبود بخشید.
حال توجه کنید که میزان سختی ــ یا همان مقاومت در برابر جسم فروروندة خارجی ــ به چند عامل بستگی دارد:
1. یکی از این عوامل، نیروهای بین اتمیِ موادند. این نیروها خاصیت ذاتی ماده‌اند. مثلاً نیروی بین اتم‌های آهن، به علت پیوند فلزی بین اتم‌های آهن خیلی بیشتر از نیروهای اتمی بین اتم‌های گاز هلیم‌اند که با پیوند واندروالسی به هم متصل می‌شوند. این امر در عمل هم قابل تصور است، چرا که اتم‌های گاز به‌راحتی، حتی با یک فوت، از هم جدا می‌شوند. این در حالی است که برای شکافت اتم‌های آهن باید نیروی بسیار بسیار زیادی صرف کرد.
2. دومین عامل بسیار مؤثر در مقاومت مواد در برابر سختی، ساختار سطح مواد است. واضح است که اگر سطح مواد متخلخل و پر از ترک باشد، مقاومت مواد در برابر یک عامل فروروندة خارجی بسیار کمتر خواهد بود. با این تصور، با استفاده از فناوری نانو می‌توان ساختارهایی را تولید کرد که یا ترک‌های کمتری داشته باشند یا اندازة دانة آنها آن‌قدر کوچک باشند که وقتی عامل فروروندة خارجی به سطح ماده برخورد می‌کند، عملاً به مرزهای این دانه‌ها برخورد کند و چون مرزها محل بی‌نظمی اتم‌ها هستند و انرژی پیوندها با پیوندهای داخل دانه فرق دارند (به طوری که از خود مقاومت بیشتری در برابر مادة فروروندة خارجی نشان می‌دهند)، پس مادة ریز دانة ما که دانه‌هایی در حد نانومتری دارد، مقاومت بیشتری در برابر سختی نشان می‌دهد.
البته چنین پوشش‌هایی سایر خواص مکانیکی مثل خستگی را هم بهبود می‌بخشند، که به‌اختصار به آنها می‌پردازیم.
خستگی
برای درک خستگی، یک سیم را تصور کنید. برای پاره کردن آن چه می‌کنید؟ آیا آن را می‌کشید؟ البته اگر سیم پلاستیک یا نایلونی باشد شاید بتوان به این طریق سیم را پاره کرد، اما برای پاره کردن سیم فلزی باید چند بار آن را بالا و پایین کرد. در واقع، باید جهت نیرو را عوض کرد. نیروهایی که به این صورت با تغییر جهت وارد می‌شوند، در واقع مواد را خسته می‌کنند. یکی از مهمترین ویژگی‌های مواد که مقاومت آنها را در برابر خستگی مشخص می‌کند، ویژگی‌های سطحی آنهاست که با نانوساختار کردن سطح و ریزدانه کردن و البته کم کردن نقایص سطحی، مثل ترک، می‌توان این خواص را بهبود بخشید.
خواص فیزیکی
یکی از مهمترین مزیت‌های پوشش‌دهی، بهبود خواص فیزیکی مثل هدایت الکتریکی است. همان‌طور که می‌دانید هدایت بارهای الکتریکی به وسیلة ارتعاش اتم‌ها و برخورد آنها با هم انجام می‌شود .(برای تصور درست از این قضیه بازی «دستِش دِه» را به یاد آورید.)
وقتی یک بارِ الکتریکی وارد مجموعه‌ای از اتم‌ها می‌شود، اتم‌ها سر جای خود می‌لرزند و ارتعاش می‌کنند. این ارتعاش باعث می‌شود بارهای الکتریکی در داخل یک مجموعة اتمی انتقال پیدا کنند. واضح است که اگر در این مجموعه جای یک اتم خالی باشد در آن منطقه هدایت به‌خوبی انجام نمی‌شود. بنابراین، مادة هادی خوبی نخواهد بود و هر چه ماده منظم‌تر باشد این هدایت راحت‌تر انجام می‌شود. از طرف دیگر، باید بدانید که هر چه ماده بزرگتر می‌شود، احتمال اینکه اتم‌ها سر جای خودشان قرار گرفته باشند کاهش می‌یابد و در واقع تعداد نقص‌های نقطه‌ای (وقتی در یک مجموعة منظم اتمی یک اتم نباشد، در واقع جای خالی یا اتم اضافی)، یا نقص‌های خطی (وقتی در یک مجموعة منظم اتمی یک ردیف اتم نباشد)، یا نقص‌های صفحه‌ای (وقتی در یک مجموعة منظم اتمی یک صفحة اتم نباشد) بیشتر می‌شود و هر چقدر تعداد این نواقص بیشتر باشد، خواص فیزیکی بیشتر افت می‌کنند. از این رو، در برخی از کاربردها مثل حسگرها (که در آنها یک انرژی به نوعی دیگر تبدیل می‌شود تا بتوان آن را آشکارسازی کرد) با نشاندن لایه‌های نازک، خواص الکتریکی ــ مثل هدایت ــ بهبود می‌یابند.
