Mientras el Mars Perseverance Rover de la NASA continúa explorando la superficie de Marte, Los científicos de la Tierra han desarrollado un nuevo carburo metálico a nanoescala que podría actuar como un "superlubricante" para reducir el desgaste de los futuros vehículos exploradores.

Investigadores del departamento de química de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Missouri y del Centro de Materiales a Nanoescala del Laboratorio Nacional Argonne, trabajar con una clase de nanomateriales bidimensionales conocidos como MXenes, han descubierto que los materiales funcionan bien para reducir la fricción. Los materiales también deberían funcionar mejor que los lubricantes convencionales a base de aceite en entornos extremos, dice el Dr. Vadym Mochalin, profesor asociado de química en Missouri S&T, quién dirige la investigación.

"Estos materiales superlúbicos son de especial interés para aplicaciones avanzadas de lubricación y antidesgaste en condiciones extremas, como los que ahora experimenta el rover Perseverance en Marte, ", Dice Mochalin. Él y sus colegas describen su descubrimiento en un artículo publicado en la edición de marzo de 2021 de la revista Materiales de hoy avances ("Lograr superlubricidad con carburos de metales de transición 2D (MXenes) y recubrimientos de MXene / grafeno").

Mochalin dice que hizo la conexión entre esta investigación y el viaje de Perseverance a Marte después de ver el aterrizaje del rover.

"Cuando vi el aterrizaje del rover en Marte, Pensé:"¿Y si falla el lubricante de una de sus ruedas? Entonces hice la conexión con nuestro trabajo en MXenes, porque me vino a la mente que acabamos de descubrir que los MXenes demuestran superlubricidad en una atmósfera desprovista de oxígeno y humedad, cerca de lo que hay en Marte, "Dice Mochalin.

Los MXenes (pronunciados Maxines) son materiales de carburo metálico que poseen propiedades inusuales. Por ejemplo, su capacidad para conducir electricidad los convierte en candidatos para su uso en almacenamiento de energía, detección y optoelectrónica. En este último estudio de los materiales, Mochalin y su equipo realizaron una serie de pruebas para determinar qué tan bien actúan como lubricantes de estado sólido con ciertos materiales.

Los investigadores realizaron pruebas de fricción de bola sobre disco a escala nanométrica depositando un carburo de titanio MXene sobre un sustrato de silicio (el disco) que estaba recubierto con una fina capa de sílice. que es el ingrediente principal de la arena. Luego probaron la capacidad del MXene para resistir el desgaste deslizándolo contra una bola de acero recubierta de carbono con forma de diamante. Realizaron estas pruebas en un ambiente de nitrógeno seco, lo que reduce en gran medida la humedad.

Mochalin dice que las pruebas encontraron que la interfaz MXene entre la bola de acero y el disco recubierto de sílice resultó en un coeficiente de fricción en el "régimen superlúbrico" de 0,0067 a 0,0017. El coeficiente de fricción se refiere a la cantidad de fricción entre dos objetos y se determina mediante un valor que suele estar entre 0 y 1. Cuanto menor es el valor, la menor fricción.

Cuando el equipo agregó grafeno a la carabina de titanio MXene, los resultados fueron aún mejores. La adición de grafeno "redujo aún más la fricción en un 37,3% y el desgaste en un factor de 2" sin afectar las propiedades superlubricantes del MXene. los investigadores escriben en su artículo.

"Estos resultados abren nuevas posibilidades para explorar la familia de MXenes en diversas aplicaciones tribológicas, "escriben Mochalin y sus colegas. La tribología es el estudio de la fricción, desgaste y lubricación de superficies que interactúan.

Beneficios prácticos

Si bien estos superlubricantes pueden resultar útiles para máquinas en entornos extraterrestres, desde vehículos de exploración de Marte hasta equipos de minería de asteroides, también pueden tener más beneficios prácticos. A diferencia de los lubricantes a base de aceite, MXenes no dependería de fuentes de energía no renovables como el carbón o el petróleo, Dice Mochalin.