Chiunque abbia mai portato la propria auto per un cambio d'olio riconosce l'importanza di ridurre l'attrito che si verifica quando l'acciaio tocca l'acciaio.

I ricercatori dell'Argonne National Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) lavorano da anni per sostituire l'olio con lubrificanti solidi come il grafene, che è un sostituto più economico ed efficiente, uno che dura molto di più.

Programma di ricerca e sviluppo diretto dal laboratorio di Argonne (LDRD), che ha dato loro i soldi iniziali di cui avevano bisogno per iniziare la loro sperimentazione, inizialmente ha finanziato il lavoro dei ricercatori di Argonne Anirudha Sumant e Ali Erdemir.

Il grafene può essere utilizzato anche per proteggere meglio i cuscinetti a sfera, che può corrodersi nel tempo se esposto all'acqua, il processo comunemente indicato come tribo-corrosione. Il processo sviluppato da Argonne basato sul grafene ha dimostrato che alcuni strati di grafene non solo riducono l'attrito nell'acciaio che sfrega contro l'acciaio di sette volte e l'usura di 10, 000 volte, ma riduce anche significativamente il problema della tribo-corrosione.

"Si tratta di un miglioramento significativo rispetto a qualsiasi altro rivestimento di lubrificanti solidi esistente oggi disponibile, "Sumant ha detto. "Inoltre, la quantità di grafene necessaria è molto piccola e quindi il costo è molto più basso ed eliminare gli sprechi di petrolio sarebbe più rispettoso dell'ambiente, che è un grande vantaggio collaterale."

Il lavoro di Sumant e dei suoi colleghi ha implicazioni di vasta portata sia all'interno che all'esterno dell'industria automobilistica. Potrebbe aiutare le turbine eoliche a muoversi con maggiore facilità, permettendo loro di produrre più energia. Può anche sigillare meglio i macchinari poiché pompa petrolio o gas da terra o in mare.

Il team Argonne, guidato da Sumant, che è ricercatore presso il Center for Nanoscale Materials, ha continuato a vincere due ulteriori sovvenzioni per un totale di 1,4 milioni di dollari dal Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti.

È stato attraverso il finanziamento iniziale della LDRD che hanno riconosciuto il grafene come un lubrificante solido emergente, uno che funziona in modo diverso rispetto ai lubrificanti solidi esistenti a base di olio, compreso il lubrificante per grafite e persino il carbonio simile al diamante.

Non solo il grafene ha prestazioni migliori, è più conveniente. Anche il grafene di qualità moderata funziona alla grande per applicazioni tribologiche, il che non è il caso di varie applicazioni di elettronica e sensori.

La maggior parte del costo dei rivestimenti lubrificanti solidi convenzionali riguarda l'infrastruttura necessaria per applicarli, compresa l'energia elettrica per il funzionamento dei relativi macchinari e la manutenzione delle macchine. Non così con il grafene, che può essere applicato spruzzando una soluzione nell'aria e può rivestire qualsiasi forma o dimensione complicata e su un'ampia superficie.

Nel tentativo di portare la loro scoperta sul mercato, Sumant e il suo team stanno attualmente lavorando con due diverse aziende in settori molto diversi.

Il primo è uno dei principali fornitori al mondo di guarnizioni per pompe meccaniche. Sta lavorando con gli scienziati per sostituire le sue guarnizioni in carburo di silicio con grafene, che ridurrebbe l'usura e l'attrito.

Il team prevede inoltre di collaborare con un'altra azienda del settore automobilistico, che utilizza stampi per creare parti di automobili, compresi i pannelli delle porte. I ricercatori di Argonne stanno cercando di sviluppare un nuovo lubrificante che potrebbe ridurre l'attrito nelle applicazioni di formatura dei metalli e quindi abbattere il costo della produzione automobilistica.

Vivian Sullivan, Program manager LDRD presso Argonne, ha affermato che l'esperimento del grafene è un eccellente esempio di come la scienza di base possa essere utilizzata per mezzi pratici al di fuori del laboratorio.

"Scoperte come questa hanno applicazioni nel mondo reale, che è esattamente ciò che il DOE sta cercando, "ha detto. "Ecco perché il dipartimento ha dato il suo sostegno a questo progetto dopo il round iniziale di finanziamenti LDRD".

LDRD supporta ad alto rischio, ricerca e sviluppo potenzialmente di alto valore. Incoraggia la creazione di nuovi concetti tecnici e migliora la capacità dei laboratori nazionali di perseguire i propri obiettivi strategici e quelli delle agenzie di finanziamento federali.

"È uno dei modi principali in cui i laboratori rivitalizzano continuamente la loro ricerca, " disse Supratik Guha, Senior Science Advisor di Argonne e direttore della divisione Nanoscience and Technology e Center for Nanoscale Materials, una struttura per gli utenti dell'Office of Science del DOE.