Uusi kaksiulotteinen nanomateriaali, mxeeni, voi toimia myös voiteluaineena äärimmäisissä lämpötiloissa tai avaruus tyhjiössä

Viime vuosina Mxenesin materiaaliluokka (lausutaan "Maxene") on aiheuttanut sekoituksen uuden akkutekniikan yhteydessä. Mutta nyt ne osoittautuvat myös erinomaiseksi vankaksi voiteluaineeksi, erittäin kestäväksi ja kykeneväksi suorittamaan tehtävät jopa vaikeimmissa olosuhteissa. Nämä MXENES: n ylivoimaiset ominaisuudet on nyt julkaistu arvostetussa ACS Nano Journal -lehdessä.

Kuten hiilimateriaaligrafeeni, mxeeni kuuluu ns. 2D-materiaalien luokkaan: ne ovat ultra-ohuneita yksittäisiä atomeja ja niillä ei ole vahvoja sidoksia ylä- tai alempaan kerrokseen.



TU: n tekniikan instituutin ja tuotekehityksen tribologiaryhmän johtaja Carsten Gachot sanoo, että aloitat ensin ns. Max-vaiheesta, joka on erityiskerrosten järjestelmä, joka koostuu titaanista, alumiinista ja hiilestä. Tärkein temppu on etsaamaan alumiini hydrofluorivetyhapolla.



Sitten jäljellä on joukko atomeja ja ohuita titaanikerroksia ja hiiltä, ​​jotka ovat löysästi pinottu toisiinsa kuin paperit. Jokainen kerros on suhteellisen vakaa yksinään, mutta kerrokset voivat helposti liikkua suhteessa toisiinsa.

Tämä atomikerrosten välinen siirrettävyys tekee materiaalista erinomaisen kuivan voiteluaineen: liukuminen erittäin alhaisella vastuskyvyllä voidaan saavuttaa aiheuttamatta kulumista. Seurauksena on, että teräspintojen välinen kitka voidaan vähentää kuudenteen ja kulumiskestävyyteen on erittäin korkea: Mxene-voitelukerros toimii edelleen kunnolla jopa 100 000 liikesyklin jälkeen.



Tämä on ihanteellinen käytettäväksi vaikeissa olosuhteissa: Avaruuslennossa esimerkiksi voiteluöljy haihtuu heti tyhjiössä, mutta siellä voidaan käyttää myös mxeeniä hienossa jauhemuodossa.



Sillä ei ole mitään tekemistä ilmakehän tai lämpötilan kanssa



Carsten Gachot sanoo, että samanlaisia ​​lähestymistapoja on kokeiltu muille ohutkalvomateriaaleille, kuten grafeenille tai molybdeenidisulfidille. Mutta he reagoivat herkästi ilmakehän kosteuteen. Vesimolekyylit voivat muuttaa kerrosten välistä sidosvoimaa. Toisaalta mxenelle sillä on vähemmän vaikutusta.



Toinen ratkaiseva etu on mxeenien lämmönkestävyys, koska monet voiteluaineet hapettelevat ja menettävät voitelunsa korkeissa lämpötiloissa. Toisaalta Mxenes on vakaampi ja niitä voidaan käyttää jopa terästeollisuudessa, jossa osat, jotka joskus liikkuvat mekaanisesti, saavuttavat joskus useita satoja celsiusasteita.



Professori Gachotin tutkimusryhmän tohtori Philip Grutzmacher yhdessä Saarbrukenin yliopiston Saarbrukenissa ja Purduen yliopistossa Yhdysvalloissa opiskeli jauhevoiteluainetta useissa kokeissa Tu Wienissä. Maailman toisella puolella professori Andreas Rosenkranz Chilessä auttoi tämän työn aloittamisessa ja suunnittelussa.



Carsten Gachot sanoo, että teollisuuden materiaaleista on myös ollut merkittävää kiinnostusta. Uskomme, että tämä mxeeni voidaan tuottaa massatuotantoa nopeasti.