Iedereen die wel eens zijn auto heeft binnengebracht voor een olieverversing, erkent het belang van het verminderen van de wrijving die ontstaat wanneer staal in aanraking komt met staal.

Onderzoekers van het Argonne National Laboratory van het Amerikaanse Department of Energy (DOE) werken al jaren aan het vervangen van olie door vaste smeermiddelen zoals grafeen, dat een goedkoper en efficiënter alternatief is, eentje die aanzienlijk langer meegaat.

Argonne's Laboratory Directed Research and Development (LDRD) programma, waardoor ze het startgeld kregen dat ze nodig hadden om met hun experimenten te beginnen, financierde aanvankelijk het werk van de Argonne-onderzoekers Anirudha Sumant en Ali Erdemir.

Grafeen kan ook worden gebruikt om kogellagers beter te beschermen, die na verloop van tijd kan corroderen bij blootstelling aan water, het proces dat gewoonlijk tribo-corrosie wordt genoemd. Het door Argonne ontwikkelde proces op basis van grafeen heeft aangetoond dat een paar lagen grafeen niet alleen de wrijving in staal dat tegen staal wrijft zeven keer vermindert en de slijtage met 10, 000 keer, maar vermindert ook het tribo-corrosieprobleem aanzienlijk.

"Dat is een aanzienlijke verbetering ten opzichte van alle andere bestaande coatings voor vaste smeermiddelen die vandaag beschikbaar zijn, "Zei Sumant. "Ook, de benodigde hoeveelheid grafeen is erg klein en daarom zijn de kosten veel lager en het elimineren van olieverspilling zou milieuvriendelijker zijn, dat is een groot bijkomend voordeel."

Het werk van Sumant en zijn collega's heeft verstrekkende gevolgen, zowel binnen als buiten de auto-industrie. Het zou kunnen helpen windturbines gemakkelijker te verplaatsen, waardoor ze meer energie kunnen produceren. Het kan ook machines beter afsluiten omdat het olie of gas uit de grond of op zee pompt.

Het Argonne-team, onder leiding van Sumant, die onderzoeker is bij het Center for Nanoscale Materials, won twee extra subsidies van in totaal $ 1,4 miljoen van het Amerikaanse ministerie van Energie.

Het was door de initiële LDRD-financiering dat ze grafeen erkenden als een opkomend vast smeermiddel, een die anders werkt dan bestaande smeermiddelen op oliebasis en andere vaste smeermiddelen, inclusief grafietglijmiddel en zelfs diamantachtige koolstof.

Grafeen presteert niet alleen beter, het is betaalbaarder. Zelfs grafeen van matige kwaliteit werkt uitstekend voor tribologische toepassingen, wat niet het geval is voor verschillende elektronica- en sensortoepassingen.

De meeste kosten van conventionele vaste smeermiddelcoatings hebben betrekking op de infrastructuur die nodig is om het aan te brengen, inclusief de elektriciteit om de gerelateerde machines en het onderhoud van de machines in werking te stellen. Niet zo met grafeen, die kan worden aangebracht door een oplossing in de lucht te sproeien en elke gecompliceerde vorm of grootte kan coaten - en over een groot oppervlak.

In een poging om hun vondst op de markt te brengen, Sumant en zijn team werken momenteel samen met twee verschillende bedrijven in zeer verschillende industrieën.

De eerste is een van 's werelds toonaangevende leveranciers van mechanische pompafdichtingen. Het werkt samen met de wetenschappers om zijn siliciumcarbide-afdichtingen te vervangen door grafeen, wat slijtage en wrijving zou verminderen.

Het team is ook van plan om samen te werken met een ander bedrijf uit de automobielsector, die mallen gebruikt om auto-onderdelen te maken, inclusief deurpanelen. Onderzoekers van Argonne zijn op zoek naar de ontwikkeling van een nieuw smeermiddel dat de wrijving in metaalvormende toepassingen kan verminderen en daardoor de kosten van de autoproductie kan verlagen.

Vivian Sullivan, LDRD programmamanager bij Argonne, zei dat het grafeen-experiment een uitstekend voorbeeld is van hoe basiswetenschap kan worden gebruikt voor praktische middelen buiten het laboratorium.

"Ontdekkingen als deze hebben toepassingen in de echte wereld, dat is precies wat de DOE zoekt, " zei ze. "Daarom heeft de afdeling haar steun achter dit project geworpen na de eerste ronde van LDRD-financiering."

LDRD ondersteunt risicovolle, potentieel hoogwaardig onderzoek en ontwikkeling. Het stimuleert de creatie van nieuwe technische concepten en vergroot het vermogen van de nationale laboratoria om zowel hun eigen strategische doelen als die van federale financieringsinstanties na te streven.

"Het is een van de belangrijkste manieren waarop de laboratoria hun onderzoek voortdurend nieuw leven inblazen, " zei Supratik Guha, Argonne's Senior Science Advisor en directeur van de Nanoscience and Technology-divisie en Center for Nanoscale Materials, een DOE Office of Science gebruikersfaciliteit.