Nový dvojrozmerný nanomateriál, Mxén, môže tiež pôsobiť ako mazivo pri extrémnych teplotách alebo vo vákuu priestoru

Môžete mazať reťazce bicyklov olejom, ale čo horúce dopravné pásy v oceliarskom priemysle alebo na Mars Rovers? Viedenská univerzita v technológii teraz študovala veľmi špeciálne nanomateriály spolu s výskumnými skupinami zo Saarbrucken (Nemecko), Purdue University v Spojených štátoch a University of Chile (Santiago, Chile).

V posledných rokoch kategória materiálov spoločnosti Mxenes (vyslovená „maxene“) spôsobila miešanie v súvislosti s novými technológiami batérií. Teraz sa však tiež ukazujú ako vynikajúce pevné mazivo, extrémne trvanlivé a schopné vykonávať svoje úlohy aj v najťažších podmienkach. Tieto vynikajúce vlastnosti MXENES boli teraz publikované v prestížnom časopise ACS Nano Journal.

Ust, podobne ako grafén uhlíkového materiálu, MXENE spadá do kategórie takzvaných 2D materiálov: Sú to ultra tenké vrstvy jednotlivých atómov a nemajú žiadne silné väzby na horné alebo dolné vrstvy.



Profesor Carsten Gachot, vedúci Tribology Group v TU's Institute of Engineering Design and Development Products, hovorí, že najprv začnete s tzv. Stage Max Stage, ktorá je systémom špeciálnych vrstiev zložených z titánu, hliníka a uhlíka. Kľúčovým trikom je leptanie hliníka kyselinou hydrofluorovou.



Potom zostáva veľa atómov a tenkých vrstiev titánu a uhlíka, ktoré sú voľne naskladané ako kúsky papiera. Každá vrstva je sama relatívne stabilná, ale vrstvy sa môžu ľahko pohybovať vo vzťahu k sebe.

Táto prenosnosť medzi atómovými vrstvami robí z materiálu vynikajúce suché mazivo: kĺzanie s veľmi nízkym odporom sa dá dosiahnuť bez toho, aby sa opotrebovalo. Výsledkom je, že trenie medzi oceľovými povrchmi sa môže zredukovať na jednu šiestich rokov a odpor opotrebenia je extrémne vysoký: vrstva mazania mxénu stále funguje správne aj po 100 000 pohybových cykloch.



To je ideálne na použitie v zložitých podmienkach: napríklad pri lete o vesmírnom lete sa mazací olej okamžite odparuje vo vákuu, ale môže sa tu použiť aj Mxén vo forme jemného prášku.



Nemá to nič spoločné s atmosférou alebo teplotou



Carsten Gachot tvrdí, že podobné prístupy boli vyskúšané pre iné materiály tenkého filmu, ako je disulfid grafénu alebo molybdénu. Ale citlivo reagujú na vlhkosť v atmosfére. Molekuly vody môžu zmeniť väzobnú silu medzi vrstvami. Pre Mxene má na druhej strane menší účinok.



Ďalšou rozhodujúcou výhodou je tepelná odolnosť mxénov, pretože veľa maziva oxiduje a stráca svoju mazivo pri vysokých teplotách. Na druhej strane sú MXENES stabilnejšie a môžu sa dokonca použiť v oceľovom priemysle, kde časti, ktoré sa niekedy pohybujú mechanicky, niekedy dosahujú teploty niekoľko stoviek stupňov Celzia.



Philip Grutzmacher z výskumnej skupiny profesora Gachota spolu s University of Saarbruken v Saarbruken a Purdue University v USA študoval práškové mazivo v niekoľkých experimentoch v Tu Wien. Na druhej strane sveta bol profesor Andreas Rosenkranz v Čile nápomocný pri iniciovaní a navrhovaní tejto práce.



Carsten Gachot tvrdí, že o materiály z priemyslu bol tiež významný záujem. Myslíme si, že tento mxén sa dá veľmi rýchlo vyrábať hromadne.