Glat når det er tørt

Enhver, der nogensinde har taget deres bil ind til et olieskift, erkender vigtigheden af ​​at reducere friktionen, der opstår, når stål rører ved stål.

Forskere ved det amerikanske energiministerium (DOE) Argonne National Laboratory har i årevis arbejdet på at udskifte olie med faste smøremidler som grafen, som er en billigere og mere effektiv erstatning, en der holder betydeligt længere.

Argonnes Laboratory Directed Research and Development (LDRD) -program, som gav dem de frøpenge, de havde brug for til at begynde deres eksperimenter, finansierede oprindeligt arbejdet fra Argonne -forskere Anirudha Sumant og Ali Erdemir.

Grafen kan også bruges til bedre at beskytte kuglelejer, som kan korrodere over tid, når det udsættes for vand, den proces, der almindeligvis kaldes tribokorrosion. Den Argonne-udviklede proces baseret på grafen har vist, at et par lag grafen ikke kun reducerer friktion i stålgnidning mod stål med syv gange og slid med 10, 000 gange, men reducerer også væsentligt tribokorrosionsproblemet.

"Det er en markant forbedring i forhold til enhver anden eksisterende solid smøremiddelbelægning, der er tilgængelig i dag, "Sagde Sumant." Også, mængden af ​​grafen, der er nødvendig, er meget lille, og derfor er omkostningerne meget lavere, og eliminering af olieaffald ville være mere miljøvenligt, hvilket er en stor sidegevinst. "

Sumant og hans kollegers arbejde har vidtrækkende konsekvenser både i og uden for bilindustrien. Det kan hjælpe vindmøller med at bevæge sig med større lethed, giver dem mulighed for at producere mere energi. Det kan også bedre lukke maskiner, da det pumper olie eller gas fra jorden eller ud på havet.

Argonne -teamet, ledet af Sumant, der er forsker ved Center for nanoskala materialer, fortsatte med at vinde to ekstra tilskud på i alt $ 1,4 millioner fra det amerikanske energiministerium.

Det var gennem den oprindelige LDRD -finansiering, at de anerkendte grafen som et spirende fast smøremiddel, en, der fungerer anderledes end eksisterende oliebaserede og andre faste smøremidler, herunder grafitglidecreme og endda diamantlignende kulstof.

Ikke alene klarer grafen sig bedre, det er mere overkommeligt. Selv grafen i moderat kvalitet fungerer godt til tribologiske applikationer, hvilket ikke er tilfældet for forskellige elektronik- og sensorapplikationer.

Størstedelen af ​​omkostningerne ved konventionelle faste smøremiddelbelægninger vedrører den infrastruktur, der er nødvendig for at anvende den, herunder elektricitet til at køre det tilhørende maskineri og maskinernes vedligeholdelse. Ikke sådan med grafen, som kan påføres ved at sprøjte en opløsning i luften og kan belægge enhver kompliceret form eller størrelse - og over et stort overfladeareal.

I et forsøg på at bringe deres fund til markedet, Sumant og hans team arbejder i øjeblikket med to forskellige virksomheder i vidt forskellige brancher.

Den første er en af ​​verdens førende udbydere af mekaniske pumpetætninger. Det arbejder sammen med forskerne om at erstatte dets siliciumcarbidforseglinger med grafen, hvilket ville reducere slid og friktion.

Teamet planlægger også at arbejde med et andet firma fra bilsektoren, som bruger forme til at skabe bildele, inklusive dørpaneler. Argonne -forskere søger at udvikle et nyt smøremiddel, der kan reducere friktion i metaldannende applikationer og derved sænke omkostningerne ved bilproduktion.

Vivian Sullivan, LDRD program manager hos Argonne, sagde grafenforsøget er et glimrende eksempel på, hvordan grundvidenskab kan bruges til praktiske midler uden for laboratoriet.

"Opdagelser som dette har applikationer i den virkelige verden, det er præcis hvad DOE leder efter, "sagde hun." Det var derfor, at afdelingen kastede sin støtte bag dette projekt efter den første runde af LDRD -finansiering. "

LDRD understøtter højrisiko, potentielt højværdig forskning og udvikling. Det tilskynder til oprettelsen af ​​nye tekniske koncepter og forbedrer de nationale laboratoriers evne til at forfølge deres egne strategiske mål såvel som de føderale finansieringsbureauer.

"Det er en af ​​de vigtigste måder, laboratorierne løbende revitaliserer deres forskning på, "sagde Supratik Guha, Argonnes Senior Science Advisor og direktør for Nanoscience and Technology division og Center for Nanoscale Materials, en DOE Office of Science brugerfacilitet.