2D nanomateriale MXene:Det perfekte smøremiddel til rovere

Du kan smøre en cykelkæde med olie, men hvad gør man med en Mars-rover eller et rødglødende transportbånd i stålindustrien? Meget specielle nanomaterialer er nu blevet undersøgt af TU Wien sammen med forskningsgrupper fra Saarbrücken (Tyskland), Purdue University i USA og Universidad de Chile (Santiago, Chile).

Materialeklassen af ​​MXenes (udtales "maxene") har vakt en del opsigt i de senere år i forbindelse med nye batteriteknologier. Men det viser sig nu, at de også er et fremragende solidt smøremiddel, der er ekstremt holdbart og udfører sin opgave selv under de sværeste forhold. Disse bemærkelsesværdige egenskaber ved MXenes er nu blevet offentliggjort i det anerkendte tidsskrift ACS Nano .

Som en stak papirark

Ligesom kulstofmaterialet grafen, MXener tilhører klassen af ​​såkaldte 2D-materialer:deres egenskaber bestemmes i det væsentlige af, at de er ultratynde lag, enkelt atomlag, uden stærke bindinger til laget over eller under.

"Man starter først med såkaldte MAX-faser, som er specielle lagsystemer bestående af titanium, aluminium og kulstof, for eksempel, " siger prof. Carsten Gachot, leder af Tribology Group ved Institut for Ingeniørdesign og Produktudvikling ved TU Wien. "Det afgørende trick er at udætse aluminiumet med flussyre."

Tilbage er så en stak af atomart tynde lag af titanium og kulstof, der ligger løst oven på hinanden, meget som ark papir. Hvert lag er relativt stabilt for sig selv, men lagene kan let forskydes mod hinanden.

Denne forskydning af atomlagene indbyrdes gør materialet til et fremragende tørt smøremiddel:uden at generere slid, ekstrem lav-modstand glidning er gjort mulig. Friktionen mellem ståloverflader kunne således reduceres til en sjettedel - og med en usædvanlig høj slidstyrke:selv efter 100, 000 bevægelsescyklusser, MXene-smørelaget fungerer stadig uden problemer.

Dette er perfekt til brug under vanskelige forhold:Mens smøreolie ville fordampe øjeblikkeligt i et vakuum under rummissioner, for eksempel, MXene i form af fint pulver kan også bruges der.

Uafhængig af atmosfære og temperatur

"Lignende ting er blevet prøvet med andre tyndfilmsmaterialer, såsom grafen eller molybdændisulfid, " siger Carsten Gachot. "Men de reagerer følsomt på fugt i atmosfæren. Vandmolekyler kan ændre bindingskræfterne mellem de enkelte lag. Med MXenes, på den anden side, dette spiller en mindre rolle."

En anden afgørende fordel er MXenes varmebestandighed:"Mange smøremidler oxiderer ved høj varme og mister deres smøreevne. MXenes, på den anden side, er meget mere stabile, og kan endda bruges i stålindustrien, hvor mekanisk bevægelige dele nogle gange kan nå en temperatur på flere hundrede grader Celsius, " forklarer Gachot.

Det pulverformige smøremiddel blev undersøgt i flere forsøg på TU Wien af ​​Dr. Philipp Grützmacher fra Prof. Gachots forskningsgruppe samt ved Saarland University i Saarbrücken og Purdue University i USA. I den anden ende af verden, Prof. Andreas Rosenkranz i Chile spillede en stor rolle i initieringen og udformningen af ​​arbejdet.

"Der er også allerede stor interesse for disse materialer fra industriens side. Vi antager, at sådanne MXener snart kan produceres i større skala, siger Carsten Gachot.