Un nuovo nanomateriale bidimensionale, mxene, può anche fungere da lubrificante a temperature estreme o al vuoto di spazio

Puoi lubrificare le catene di biciclette con petrolio, ma che dire delle cinture di trasportatore a caldo nell'industria siderurgica o su Mars Rovers? La Vienna University of Technology ha ora studiato nanomateriali molto speciali insieme a gruppi di ricerca di Saarbrucken (Germania), Purdue University negli Stati Uniti e Università del Cile (Santiago, Cile).

Negli ultimi anni, la categoria materiale di Mxenes (pronunciata "Maxene") ha suscitato scalpore in relazione a nuove tecnologie della batteria. Ma ora stanno anche dimostrando di essere un eccellente lubrificante solido, estremamente resistente e in grado di svolgere i loro compiti anche nelle condizioni più difficili. Queste proprietà superiori di Mxenes sono state ora pubblicate sul prestigioso ACS Nano Journal.

UST come il materiale di carbonio grafene, il mxene rientra nella categoria dei cosiddetti materiali 2D: sono strati ultra-sottili di singoli atomi e non hanno forti legami per gli strati superiori o inferiori.



Il professor Carsten Gachot, capo del gruppo Tribology presso l'Istituto di progettazione e sviluppo del prodotto della TU, afferma che inizi per la prima volta con la cosiddetta fase Max, che è un sistema di strati speciali costituiti da titanio, alluminio e carbonio. Il trucco chiave è incidere l'alluminio con acido idrofluorico.



Quindi ciò che resta è un mucchio di atomi e sottili strati di titanio e carbonio che sono vagamente impilati come pezzi di carta. Ogni livello è relativamente stabile da solo, ma gli strati possono facilmente muoversi l'uno rispetto all'altro.

Questa portabilità tra gli strati atomici rende il materiale un eccellente lubrificante a secco: è possibile ottenere una resistenza molto bassa senza causare usura. Di conseguenza, l'attrito tra le superfici in acciaio può essere ridotto a un sesto e la resistenza all'usura è estremamente elevata: lo strato di lubrificazione mxene funziona ancora correttamente anche dopo 100.000 cicli di movimento.



Questo è ideale per l'uso in condizioni difficili: nel volo spaziale, ad esempio, lubrificare l'olio evapora immediatamente nel vuoto, ma può anche essere usato mxene in forma di polvere fine.



Non ha nulla a che fare con l'atmosfera o la temperatura



Carsten Gachot afferma che approcci simili sono stati provati per altri materiali a film sottile, come il grafene o il disolfuro di molibdeno. Ma rispondono sensibilmente all'umidità nell'atmosfera. Le molecole d'acqua possono cambiare la forza di legame tra gli strati. Per Mxene, d'altra parte, ha meno effetto.



Un altro vantaggio decisivo è la resistenza al calore dei mxenes, poiché molti lubrificanti si ossidano e perdono la lubrificienza ad alte temperature. Mxenes, d'altra parte, è più stabile e può persino essere utilizzato nell'industria dell'acciaio, dove le parti che a volte si muovono a volte raggiungono meccanicamente temperature di diverse centinaia di gradi Celsius.



Il dott. Philip Grutzmacher del gruppo di ricerca del professor Gachot, insieme all'Università di Saarbruken nella Saarbruken e alla Purdue University negli Stati Uniti, ha studiato il lubrificante in polvere in diversi esperimenti a Tu Wien. Dall'altro lato del mondo, il professor Andreas Rosenkranz in Cile è stato determinante nell'avvio e nella progettazione di questo lavoro.



Carsten Gachot afferma che c'è stato anche un interesse significativo per i materiali dell'industria. Pensiamo che questo mxene possa essere prodotto in serie molto rapidamente.