固态润滑剂使用原子薄片来实现极低的摩擦

Finding the right lubricant for the right purpose is a task that is often extremely important in industry. Not only to reduce friction, overheating and wear, but also to save energy. At TU Wien, the research groups of Prof Carsten Gachot (Tribology, Mecha

在工业中,为正确的目的找到合适的润滑剂通常是一项极其重要的任务。不仅可以减少摩擦、过热和磨损,还可以节约能源。因此,在维也纳理工大学,Carsten Gachot教授(摩擦学、机械工程)和Dominik Eder教授(化学)的研究小组正在共同开发创新、改进的润滑剂

该团队现在提出了一种具有特殊性能的新型材料:润滑剂COK-47不是像润滑油那样的液体,而是一种粉末状固体物质。在纳米尺度上,它由原子薄片堆叠而成,就像一小堆卡片

当材料与水分子接触时,这些血小板可以很容易地相互滑动,从而形成所谓的摩擦膜,确保了极低的摩擦。这使得COK-47在潮湿条件下成为一种非常有趣的润滑剂

这项研究发表在《高级科学》杂志上

有机和无机:两全其美

研究团队多年来一直在研究金属有机框架(MOF)。这是一种新型材料,由有机分子连接的无机构建块组成。在原子水平上将这些材料用于特定目的有很多可能性,例如,Dominik Eder的团队近年来将它们用作氢气生产或水净化的光催化剂

在大多数情况下,金属有机骨架化合物是含有金属原子簇的纳米粒子,由有机化合物连接。“然而,材料COK-47具有一个重要的特殊特征,”当前研究的合著者化学家Pablo Ayala解释道。“这种材料的无机成分是二维的氧化钛片,这极大地影响了它的行为。”

详细的研究表明,在潮湿的环境中,水分子会分离氧化钛片之间的键,使扁平结构相互滑动,从而形成所谓的“摩擦膜”。这种滑动膜在减少摩擦方面非常有效,例如机器中两个运动部件之间的摩擦

最小摩擦,最大耐用性

“我们将COK-47与当今常用的金属有机骨架化合物类的其他润滑剂进行了比较。COK-47的摩擦系数明显低于其他润滑剂,”该研究的第一作者、工程师Hanglin Li说。“与其他2D材料相比,COK-47也更耐用,这是实践中的另一个重要标准。”

随着这一发现,该团队在固态润滑剂领域开辟了一个新的研究领域。现在,他们希望进一步改善材料的性能,并研究如何使其适应不同的、非常具体的应用