(Phys.org) —A volte, basta una piccolissima quantità di materiale per fare una grande differenza. Gli scienziati dell'Argonne National Laboratory hanno recentemente scoperto che potrebbero sostituire strati di grafene dello spessore di un atomo per lubrificanti a base di olio su superfici scorrevoli in acciaio, consentendo una drastica riduzione della quantità di usura e attrito.

Nuovi studi condotti dagli scienziati dei materiali di Argonne, Anirudha Sumant e Ali Erdemir, hanno dimostrato che il grafene è in grado di ridurre drasticamente il tasso di usura e il coefficiente di attrito (COF) dell'acciaio. Le marcate riduzioni dell'attrito e dell'usura sono attribuite al basso taglio e alla natura altamente protettiva del grafene, che ha anche impedito l'ossidazione delle superfici in acciaio quando presenti alle interfacce di contatto strisciante.

I cuscinetti a sfera in acciaio inossidabile sono parte integrante di molte macchine meccaniche in movimento, che vanno dai ventilatori da tavolo alle gigantesche turbine eoliche.

"La riduzione delle perdite di energia e materiali in questi sistemi meccanici in movimento a causa dell'attrito e dell'usura rimane una delle più grandi sfide ingegneristiche del nostro tempo, " ha detto Suman.

Gli attuali lubrificanti riducono l'attrito e l'usura sia attraverso l'uso di additivi dannosi per l'ambiente, o in alcuni casi, lubrificanti solidi come bisolfuro di molibdeno o acido borico. I lubrificanti a base di olio devono essere costantemente riapplicati, produrre ulteriori rifiuti. Il costo dell'applicazione di rivestimenti lubrificanti solidi è piuttosto elevato e, a causa dello spessore finito, non durano molto a lungo e devono anche essere riapplicati in modo costoso.

D'altra parte, i rivestimenti in scaglie di grafene non sono dannosi per l'ambiente e possono durare a lungo grazie alla capacità delle scaglie di riorientarsi durante i primi cicli di usura, fornendo un basso COF durante lo scorrimento.

Sumant ed Erdemir hanno stimato che la ridotta perdita di energia per attrito offerta dai nuovi materiali produrrebbe un potenziale risparmio energetico di 2,46 miliardi di chilowattora all'anno, equivalente a 420, 000 barili di petrolio.

"L'applicazione o la riapplicazione del rivestimento in grafene non richiede ulteriori passaggi di lavorazione oltre alla semplice spruzzatura di una piccola quantità di soluzione sulla superficie di interesse, rendere questo processo semplice, conveniente, e rispettoso dell'ambiente, " disse Diana Berman, un ricercatore post-dottorato presso il Center for Nanoscale Materials (CNM) di Argonne.

"È interessante vedere come un materiale dello spessore di un atomo influenzi le proprietà su scala più ampia, " Sumant ha detto. "Credo che il grafene abbia un potenziale come lubrificante solido nell'industria automobilistica e, una volta completamente sviluppato, potrebbe avere impatti positivi su molte applicazioni meccaniche che potrebbero portare a un enorme risparmio di energia."

Sumant è associato al CNM di Argonne, mentre Erdemir lavora per la Divisione Sistemi Energetici di Argonne. Il finanziamento è arrivato dall'ufficio di ricerca e sviluppo diretto dal laboratorio di Argonne.

Il team ha recentemente pubblicato i suoi risultati in due articoli consecutivi sulla rivista ad alto impatto Carbonio .