Cuando el motor de un automóvil está mal lubricado, puede ser un gran éxito para el bolsillo y el medio ambiente.

Para el auto promedio, El 15 por ciento del consumo de combustible se gasta en superar la fricción en el motor y la transmisión. Cuando la fricción es alta, los engranajes tienen que trabajar más para moverse. Esto significa que el automóvil quema más combustible y emite más dióxido de carbono a la atmósfera.

"Todos los años, millones de toneladas de combustible se desperdician debido a la fricción, "dijo Jiaxing Huang, profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales en la Escuela de Ingeniería McCormick de la Universidad Northwestern. "Es un problema serio".

Si bien el aceite ayuda a reducir esta fricción, la gente ha buscado durante mucho tiempo aditivos que mejoren el rendimiento del aceite. Huang y sus colaboradores descubrieron que las bolas de grafeno arrugadas son un aditivo lubricante extremadamente prometedor. En una serie de pruebas, El aceite modificado con bolas de grafeno arrugadas superó a algunos lubricantes comerciales en un 15 por ciento, tanto en términos de reducción de la fricción como del grado de desgaste de las superficies de acero.

Apoyado por la Oficina de Investigación Naval, La investigación del equipo se describe en un artículo publicado en línea el 25 de enero en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias . Xuan Dou, un estudiante de posgrado en el laboratorio de Huang, es el primer autor del artículo. Yip-Wah Chung de Northwestern Engineering, profesor de ciencia e ingeniería de materiales, y Q. Jane Wang, profesor de ingeniería mecánica, también son autores del artículo.

Hace unos cinco años, Huang descubrió bolas de grafeno arrugadas, un nuevo tipo de partículas ultrafinas que se asemejan a bolas de papel arrugadas. Las partículas se obtienen secando pequeñas gotas de agua con láminas a base de grafeno en su interior. "La fuerza capilar generada por la evaporación del agua arruga las hojas en bolas de papel miniaturizadas, "Dijo Huang." Al igual que cuando arrugamos una hoja de papel con nuestras manos ".

Poco después de hacer este descubrimiento, Huang se lo explicó a Chung durante un almuerzo en Hong Kong, arrugando una servilleta y haciéndola malabares. "Cuando la pelota aterrizó en la mesa, rodó, Chung recordó. "Me recordó a los rodamientos de bolas que ruedan entre las superficies para reducir la fricción".

Ese "¡ajá!" momento llevó a una colaboración entre los dos profesores y Wang, que estaba en medio de la edición de una nueva Enciclopedia de Tribología con Chung.

Nanopartículas, particularmente nanopartículas de carbono, previamente se han estudiado para ayudar a incrementar la lubricación del aceite. Las partículas, sin embargo, no se dispersan bien en aceite y, en cambio, tienden a agruparse, lo que los hace menos efectivos para la lubricación. Las partículas pueden atascarse entre las superficies del engranaje causando una agregación severa que aumenta la fricción y el desgaste. Para superar este problema, investigadores anteriores han modificado las partículas con productos químicos adicionales, llamados tensioactivos, para hacerlos dispersar. Pero esto todavía no resuelve el problema por completo.

"Bajo fricción, las moléculas de tensioactivo pueden desprenderse y descomponerse, ", Dijo Chung." Cuando eso suceda, las partículas se agrupan de nuevo ".

Debido a su forma única, Las bolas de grafeno arrugadas se autodispersan sin necesidad de tensioactivos atraídos por el aceite. Con sus superficies puntiagudas, no pueden hacer contacto cercano con las otras bolas de grafeno. Incluso cuando se aprietan juntos, se separan fácilmente de nuevo cuando se les molesta.

Huang y su equipo también encontraron que el rendimiento de las bolas de grafeno arrugadas no es sensible a sus concentraciones en el aceite. "Algunos ya son suficientes, y si aumentas la concentración 10 veces, el rendimiento es casi el mismo, "Huang dijo." Para todos los demás aditivos de carbono, tal desempeño es muy sensible a la concentración. Tienes que encontrar el punto óptimo ".

"El problema de encontrar un punto óptimo es que, durante la operación, la concentración local de partículas cerca de las superficies lubricadas podría fluctuar, Wang añadió. "Esto conduce a un rendimiento inestable para la mayoría de las demás partículas de aditivos".

Próximo, el equipo planea explorar el beneficio adicional de usar bolas de grafeno arrugadas en aceite:también se pueden usar como portadores. Debido a que las partículas en forma de bola tienen una gran superficie y espacios abiertos, son buenos portadores de materiales con otras funciones, como la inhibición de la corrosión.