Puoi lubrificare una catena di bicicletta con olio, ma cosa si fa con un rover su Marte o un nastro trasportatore incandescente nell'industria siderurgica? Nanomateriali molto speciali sono stati ora studiati dalla TU Wien insieme a gruppi di ricerca di Saarbrücken (Germania), Purdue University negli Stati Uniti e l'Universidad de Chile (Santiago, Chile).

La classe materiale degli MXenes (pronunciato "maxene") ha suscitato molto scalpore negli ultimi anni in relazione alle nuove tecnologie delle batterie. Ma ora si scopre che sono anche un eccellente lubrificante solido che è estremamente resistente e svolge il suo compito anche nelle condizioni più difficili. Queste straordinarie proprietà di MXenes sono state ora pubblicate sulla rinomata rivista ACS Nano .

Come una pila di fogli di carta

Proprio come il materiale in carbonio grafene, Gli MXene appartengono alla classe dei cosiddetti materiali 2D:le loro proprietà sono essenzialmente determinate dal fatto che sono strati ultrasottili, singoli strati atomici, senza forti legami allo strato sopra o sotto.

"Inizia prima con le cosiddette fasi MAX, che sono speciali sistemi a strati costituiti da titanio, alluminio e carbonio, Per esempio, "dice il prof. Carsten Gachot, capo del gruppo di tribologia presso l'Institute of Engineering Design and Product Development della TU Wien. "Il trucco cruciale è incidere l'alluminio con acido fluoridrico".

Ciò che rimane è una pila di strati atomicamente sottili di titanio e carbonio che giacciono liberamente uno sopra l'altro, proprio come fogli di carta. Ogni strato è relativamente stabile da solo, ma gli strati possono essere facilmente spostati l'uno contro l'altro.

Questa spostabilità degli strati atomici tra loro rende il materiale un ottimo lubrificante a secco:senza generare abrasione, è reso possibile lo scorrimento a bassissima resistenza. L'attrito tra le superfici in acciaio potrebbe così essere ridotto a un sesto e con una resistenza all'usura eccezionalmente elevata:anche dopo 100, 000 cicli di movimento, lo strato lubrificante MXene funziona ancora senza problemi.

Questo è perfetto per l'uso in condizioni difficili:mentre l'olio lubrificante evaporerebbe immediatamente nel vuoto durante le missioni spaziali, Per esempio, Lì può essere utilizzato anche MXene sotto forma di polvere fine.

Indipendente dall'atmosfera e dalla temperatura

"Cose simili sono state provate con altri materiali a film sottile, come il grafene o il bisolfuro di molibdeno, " dice Carsten Gachot. "Ma reagiscono sensibilmente all'umidità nell'atmosfera. Le molecole d'acqua possono modificare le forze di legame tra i singoli strati. Con MXenes, d'altra parte, questo gioca un ruolo minore".

Un altro vantaggio decisivo è la resistenza al calore degli MXenes:"Molti lubrificanti si ossidano a calore elevato e perdono la loro capacità lubrificante. MXenes, d'altra parte, sono molto più stabili, e può essere utilizzato anche nell'industria siderurgica, dove le parti in movimento meccanico a volte possono raggiungere una temperatura di diverse centinaia di gradi Celsius, " spiega Gachot.

Il lubrificante in polvere è stato studiato in diversi esperimenti alla TU Wien dal Dr. Philipp Grützmacher del gruppo di ricerca del Prof. Gachot, nonché alla Saarland University di Saarbrücken e alla Purdue University negli Stati Uniti. Dall'altra parte del mondo, Il prof. Andreas Rosenkranz in Cile ha svolto un ruolo importante nell'avvio e nella progettazione del lavoro.

"C'è anche già un grande interesse per questi materiali da parte dell'industria. Partiamo dal presupposto che tali MXenes potranno presto essere prodotti su scala più ampia, "dice Carsten Gachot.