(Phys.org) —Soms, het enige dat nodig is, is een extreem kleine hoeveelheid materiaal om een ​​groot verschil te maken. Wetenschappers van het Argonne National Laboratory hebben onlangs ontdekt dat ze grafeenlagen van één atoom dik kunnen vervangen door smeermiddelen op oliebasis op glijdende stalen oppervlakken. waardoor een dramatische vermindering van de hoeveelheid slijtage en wrijving mogelijk is.

Nieuwe studies onder leiding van Argonne-materiaalwetenschappers Anirudha Sumant en Ali Erdemir toonden aan dat grafeen de slijtagesnelheid en de wrijvingscoëfficiënt (COF) van staal drastisch kan verminderen. De duidelijke vermindering van wrijving en slijtage wordt toegeschreven aan de lage afschuiving en de zeer beschermende aard van grafeen, die ook oxidatie van de stalen oppervlakken verhinderde wanneer aanwezig op glijdende contactinterfaces.

Roestvrijstalen kogellagers vormen een integraal onderdeel van veel bewegende mechanische machines, variërend van tafelventilatoren tot gigantische windturbines.

"Het verminderen van energie- en materiaalverliezen in deze bewegende mechanische systemen als gevolg van wrijving en slijtage blijft een van de grootste technische uitdagingen van onze tijd, ' zei Sumant.

De huidige smeermiddelen verminderen wrijving en slijtage, hetzij door het gebruik van milieuonvriendelijke additieven, of in sommige gevallen, vaste smeermiddelen zoals molybdeendisulfide of boorzuur. De smeermiddelen op oliebasis moeten consequent opnieuw worden aangebracht, extra afval produceren. De kosten voor het aanbrengen van vaste smeermiddelcoatings zijn vrij hoog en vanwege de eindige dikte, ze gaan niet erg lang mee en moeten ook duur opnieuw worden aangebracht.

Anderzijds, coatings gemaakt van grafeenvlokken zijn niet schadelijk voor het milieu en kunnen een aanzienlijke tijd meegaan vanwege het vermogen van de vlokken om zichzelf te heroriënteren tijdens de eerste slijtagecycli, zorgen voor een lage COF tijdens het glijden.

Sumant en Erdemir schatten dat het verminderde verlies van energie aan wrijving door nieuwe materialen een potentiële energiebesparing van 2,46 miljard kilowattuur per jaar zou opleveren, gelijk aan 420, 000 vaten olie.

"Het aanbrengen of opnieuw aanbrengen van de grafeencoating vereist geen extra verwerkingsstappen, behalve het strooien van een kleine hoeveelheid oplossing op het betreffende oppervlak, dit proces eenvoudig maken, kostenefficiënt, en milieuvriendelijk, " zei Diana Berman, een postdoctoraal onderzoeker bij Argonne's Center for Nanoscale Materials (CNM).

"Het is interessant om te zien hoe een materiaal van één atoom dik de eigenschappen op grotere schaal beïnvloedt, Sumant zei. "Ik geloof dat grafeen potentieel heeft als vast smeermiddel in de auto-industrie en, eenmaal volledig ontwikkeld, het zou een positief effect kunnen hebben op veel mechanische toepassingen, wat kan leiden tot een enorme energiebesparing."

Sumant wordt geassocieerd met de CNM van Argonne, terwijl Erdemir werkt voor Argonne's Energy Systems Division. De financiering kwam van het laboratoriumgestuurde onderzoeks- en ontwikkelingsbureau van Argonne.

Het team publiceerde onlangs hun bevindingen in twee opeenvolgende artikelen in het high impact journal Koolstof .