Zminimalizowanie tarcia od wielu lat stanowi wielki problem stojący przed konstruktorami maszyn. Badania laboratoryjne wykazały, że grafen może być wykorzystywany jako smar zmniejszający współczynnik tarcia pomiędzy elementami maszyn i łożysk. Dotyczące tego zagadnienia zdarzenie zostało rozstrzygnięte na TAK.
Tarcie jest jednym z najbardziej podstawowych zjawisk fizycznych, których doświadczamy na co dzień, ale które jest też ogromnie ważne przy projektowaniu maszyn. W wielu przypadkach producentom maszyn zależy na utrzymaniu współczynnika tarcia między wybranymi, stykającymi się, ruchomymi elementami w pewnym przedziale. Dla przykładu, koncerny samochodowe muszą produkować pojazdy, które będą się poruszały przy niskim zużyciu paliwa i oleju (tu potrzebne jest jak najniższe tarcie między elementami silnika i układu przeniesienia napędu), a jednocześnie będą miały krótką drogę hamowania (tu z kolei potrzebne jest tarcie jak najwyższe).
W pierwszym z powyższych przypadków, gdy potrzebne jest ograniczenie tarcia między elementami maszyny, do zmniejszenia współczynnika tarcia może służyć nakładanie smarów. Obecnie stosowane smary nie są do końca przyjazne środowisku i konieczne jest ich stosunkowo częste nakładanie. Wpływa to na koszt eksploatacji maszyn i zmniejsza ich efektywność. Naukowcy z Argonne National Laboratory w stanie Illinois pokazali, że stosowane dotychczas smary mogą zostać zastąpione przez grafen.
Związek ten posiada wszystkie cechy wymagane od materiału stosowanego jako składnik smaru – warstwa grafenowa dzięki niskiej reaktywności i nieprzepuszczalności dla cieczy i gazów, jest w stanie chronić powierzchnię urządzeń przed korozją i utlenianiem. Nie wymaga on ponadto żadnej mokrej bazy – może być nakładany bezpośrednio na wymagające tego powierzchnie i zachowuje swoje cechy zarówno w warunkach wysokiej, jak i niskiej wilgotności. Rozważane są również połączenia grafenu z innymi smarami w stanie ciekłym, które jest znacznie łatwiej nakładać i rozprowadzać po zakrzywionych powierzchniach. W przeprowadzonych badaniach wykazano, że pokrycie stali warstwą grafenu o grubości zaledwie ok. 1-2 nanometra jest w stanie nawet sześciokrotnie zmniejszyć jej współczynnik tarcia.
Istotną cechą, która wysuwa grafen na prowadzenie w stosunku do dotychczasowych smarów, jest możliwość jego zastosowania w urządzeniach znacznie mniejszej skali. Zastosowany on może zostać do modyfikacji właściwości mechanicznych mikro-, czy może nawet nanosystemów. Chociaż technologia grafenowych smarów nie została jeszcze opatentowana, istnieje bardzo duże prawdopodobieństwo, że w przyszłości będą one powszechnie stosowane w różnych urządzeniach, w których kluczowe jest przekazywanie energii bez jej strat.
Artykuł dotyczy rozstrzygnięcia zdarzenia Grafen w produkcji łożysk kulkowych I. Zachęcamy do dyskutowania artykułu i rozstrzygnięcia w komentarzach na stronie zdarzenia.
Bibliografia:
http://www.anl.gov/sites/anl.gov/files/graphene_lubricant.pdf
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1369702113004574
http://www.anl.gov/articles/graphene-layers-dramatically-reduce-wear-and-friction-sliding-steel-surfaces
http://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=21472.php
http://phys.org/news/2013-04-graphene-layers-friction-steel-surfaces.html
Powrót
