Videnskab
 science >> Videnskab >  >> nanoteknologi

Grafenlag reducerer dramatisk slid og friktion på glidende ståloverflader

Grafens sekskantede struktur gør det til et fremragende smøremiddel.

(Phys.org) – Nogle gange, alt det kræver er en ekstrem lille mængde materiale for at gøre en stor forskel. Forskere ved Argonne National Laboratory har for nylig opdaget, at de kunne erstatte et atom-tykke grafenlag med oliebaserede smøremidler på glidende ståloverflader, muliggør en dramatisk reduktion i mængden af ​​slid og friktion.

Nye undersøgelser ledet af Argonne-materialeforskerne Anirudha Sumant og Ali Erdemir viste, at grafen er i stand til drastisk at reducere slidhastigheden og friktionskoefficienten (COF) af stål. De markante reduktioner i friktion og slid tilskrives den lave forskydning og meget beskyttende karakter af grafen, hvilket også forhindrede oxidation af ståloverfladerne, når de var til stede ved glidende kontaktflader.

Kuglelejer i rustfrit stål udgør en integreret del af mange bevægelige mekaniske maskiner, lige fra bordventilatorer til kæmpevindmøller.

"Reduktion af energi- og materialetab i disse bevægelige mekaniske systemer på grund af friktion og slid er fortsat en af ​​vor tids største tekniske udfordringer, "Sagde Sumant.

Nuværende smøremidler reducerer friktion og slid enten ved brug af miljøvenlige tilsætningsstoffer, eller i nogle tilfælde, faste smøremidler såsom molybdændisulfid eller borsyre. De oliebaserede smøremidler skal konsekvent påføres igen, producerer yderligere affald. Omkostningerne ved at påføre faste smøremidler er ret høje og på grund af begrænset tykkelse, de holder ikke ret længe og skal også påføres dyrt igen.

På den anden side, belægninger lavet af grafenflager er ikke skadelige for miljøet og kan holde i lang tid på grund af flagernes evne til at omorientere sig under de første slidcyklusser, giver en lav COF under glidning.

Sumant og Erdemir vurderede, at det reducerede tab af energi til friktion, der tilbydes af nye materialer, ville give en potentiel energibesparelse på 2,46 milliarder kilowattimer om året, svarende til 420, 000 tønder olie.

"At påføre eller genpåføre grafenbelægningen kræver ingen yderligere behandlingstrin udover blot at drysse en lille mængde opløsning på overfladen af ​​interesse, gør denne proces enkel, omkostningseffektiv, og miljøvenlig, " sagde Diana Berman, en postdoc-forsker ved Argonne's Center for Nanoscale Materials (CNM).

"Det er interessant at se, hvordan et et-atom-tykt materiale påvirker egenskaberne i større skala, " sagde Sumant. "Jeg tror på, at grafen har potentiale som et solidt smøremiddel i bilindustrien og, når først er fuldt udviklet, det kan have en positiv indvirkning på mange mekaniske applikationer, der kan føre til enorme energibesparelser."

Sumant er forbundet med Argonnes CNM, mens Erdemir arbejder for Argonnes Energy Systems Division. Finansieringen kom fra Argonnes Laboratorie-Directed Research and Development kontor.

Holdet offentliggjorde for nylig deres resultater i to på hinanden følgende artikler i tidsskriftet med høj effekt Kulstof .


Varme artikler