ORNLチームがカーボンを開発

Dec 21, 2023

エネルギー省オークリッジ国立研究所の科学者は、摺動部品に超潤滑性を与えるカーボンナノチューブで構成されるコーティングを開発しました。 鋼と鋼が擦れる摩擦を少なくとも100分の1に軽減します。 このコーティングに関する論文は、ジャーナル Materials Today Nano に掲載されています。

超潤滑性とは、滑りに対してほとんど抵抗を示さない特性です。 その特徴は、摩擦係数が 0.01 未満であることです。 比較すると、乾燥した金属が互いに滑り合うときの摩擦係数は約 0.5 です。 油潤滑剤を使用すると摩擦係数は0.1程度まで下がります。 しかし、ORNL コーティングは摩擦係数を超潤滑性のカットオフをはるかに下回る 0.001 まで低下させました。

この研究では、研究者らは鋼板上でカーボンナノチューブを成長させ、その後トライボメーターと呼ばれる機械を使って板を互いにこすり合わせてカーボンナノチューブの削りくずを生成した。

多層カーボンナノチューブはスチールをコーティングし、腐食性の湿気をはじき、潤滑剤の貯蔵庫として機能します。 最初に堆積したとき、垂直に整列したカーボンナノチューブが草の葉のように表面に立っています。 鋼製部品が互いに滑り合うと、本質的に「草を刈る」ことになります。 各ブレードは中空ですが、金網のように隣接する六角形に配置された原子的に薄い炭素シートである、巻かれたグラフェンの複数の層でできています。 削りくずで砕けたカーボンナノチューブの破片が接触面に再堆積し、グラフェンを豊富に含むトライボフィルムを形成し、摩擦をほぼゼロに低減します。

クマラら。

新しいナノチューブは、損傷するまで超潤滑性を発揮しません。

カーボンナノチューブは摩擦により破壊されますが、新しいものになります。 重要な部分は、壊れたカーボン ナノチューブがグラフェンの破片であるということです。 これらのグラフェン片は汚れて接触領域に接続され、プロセス中に形成されるコーティングであるトライボフィルムと呼ばれるものになります。 次に、両方の接触面がグラフェンを豊富に含むコーティングで覆われます。 さて、それらが互いにこすると、グラフェンとグラフェンになります。

超潤滑性を実現するには、わずか一滴の油の存在が重要です。

油なしで試してみました。 うまくいきませんでした。 その理由は、オイルがないと摩擦によりカーボン ナノチューブが激しく除去されすぎるためです。 そうなると、トライボフィルムはうまく形成できず、長く存続することもできません。 オイルのないエンジンのようなものです。 オイルを入れたものは数分で煙が立ちますが、何年も簡単に作動します。

ORNLコーティングの優れた滑り性は持続力を持っています。 超潤滑性は 500,000 回を超える摩擦サイクルのテストでも持続しました。

研究者らは、新しい超潤滑性コーティングの特許を申請した。

ORNL の研究所主導型研究開発シード プログラムは、概念実証作業の初期サポートを提供しました。 その後、DOE EERE の太陽エネルギー技術室と車両技術室がその後の研究を支援しました。

リソース

Chanaka Kumara、Michael J. Lance、Jun Qu (2023) 「犠牲カーボン ナノチューブ コーティングによるマクロスケール超潤滑性」、 Materials Today Nano doi: 10.1016/j.mtnano.2022.100297。

投稿日: 08 June 2023 in 摩擦, グラフェン, 市場の背景, ナノテク | パーマリンク | コメント (2)