Исследователи разработали COK-47 — твердую смазку, которая превосходит традиционные варианты благодаря использованию молекул воды для снижения трения.
Этот передовой материал состоит из ультратонких листов оксида титана, которые формируют трибопленку с низким коэффициентом трения во влажной среде, что делает его чрезвычайно долговечным и эффективным.
Революция в смазочных материалах благодаря передовым исследованиям
Поиск подходящей смазки для каждого применения играет ключевую роль во многих отраслях. Смазочные материалы помогают уменьшить трение, предотвратить перегрев, снизить износ и повысить энергоэффективность. В Венском техническом университете (TU Wien) группа исследователей, включая профессора Карстена Гашо (трибология, машиностроение), профессора Доминика Эдера (химия) и приглашенного исследователя Сюйдуна Суя, работает над созданием более совершенных и эффективных смазок.
Команда представила новаторский материал с уникальными свойствами. В отличие от традиционных жидких смазок, COK-47 — это твердое порошкообразное вещество. На наноуровне оно состоит из атомарно тонких слоев, сложенных вместе, словно миниатюрная колода карт. При воздействии молекул воды эти слои легко скользят друг относительно друга, формируя трибопленку — тонкий смазывающий слой, который значительно снижает трение. Это делает COK-47 особенно эффективным во влажных условиях.
Органическое встречается с неорганическим
На протяжении многих лет команда изучала металлоорганические каркасы (MOF) — новый класс материалов, состоящих из неорганических строительных блоков, связанных органическими молекулами. Эти материалы можно точно конструировать на атомном уровне для различных целей. В предыдущих исследованиях группа Доминика Эдера использовала MOF как фотокатализаторы для производства водорода и очистки воды.
В большинстве случаев металлоорганические каркасы представляют собой наночастицы, содержащие кластеры атомов металлов, связанных органическими соединениями. «Однако у материала COK-47 есть важная особенность», — поясняет химик Пабло Айяла, соавтор текущего исследования. «Неорганические компоненты этого материала — это двумерные листы оксида титана, и это кардинально влияет на его свойства».
Как COK-47 снижает трение на молекулярном уровне
Детальные исследования показали, что во влажной среде молекулы воды разрывают связи между листами оксида титана, позволяя плоским структурам скользить друг относительно друга и таким образом формировать так называемую «трибопленку». Эта скользящая пленка может быть чрезвычайно эффективной для снижения трения, например, между двумя движущимися частями в машине.
Непревзойденная производительность
«Мы сравнили COK-47 с другими смазочными материалами из класса металлоорганических каркасных соединений, которые часто используются сегодня. COK-47 продемонстрировал значительно более низкий коэффициент трения по сравнению с остальными», — говорит инженер Ханглин Ли, первый автор исследования. «Кроме того, COK-47 существенно более долговечен по сравнению с другими двумерными материалами — это еще один важный критерий на практике».
С этим открытием команда заложила основу для совершенно новой области исследований в сфере твердых смазочных материалов. Теперь они намерены улучшить свойства материала и изучить, как его можно адаптировать для различных, очень специфичных применений.