Dígale adiós al lema "los diamantes son para siempre". Para industrias que usan lubricante seco, Es más probable que la frase prometedora sea "los nanodiamantes rotos son para siempre".

Investigadores del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) están combinando nanodiamantes con capas bidimensionales de disulfuro de molibdeno y rompiéndolas para crear un Lubricante seco de muy baja fricción que dura tanto tiempo que casi se puede confundir con una eternidad. La sustancia podría tener cientos de aplicaciones industriales y se puede usar prácticamente en cualquier lugar donde dos piezas de metal se froten en condiciones secas.

Los lubricantes sólidos más utilizados en el mercado en la actualidad toman la forma de pasta de grafito. Usamos estos lubricantes para engrasar pomos de puertas y cadenas de bicicletas, entre otras cosas.

En 2015, Anirudha Sumant de la división de Nanociencia y Tecnología y sus colegas lograron un gran avance en la tecnología de lubricación sólida al demostrar superlubricidad (fricción casi nula) a escala de ingeniería por primera vez utilizando grafeno combinado con nanodiamantes. Este enfoque fue revolucionario, y desde entonces su grupo ha seguido desarrollando la tecnología.

Más reciente, Sumant reemplazó el grafeno en el proceso con disulfuro de molibdeno, para ver cómo se comportarían otros materiales 2-D. Esperaba que el proceso se pareciera al observado con el lubricante de grafeno-nanodiamante. Sin embargo, el equipo se sorprendió cuando Diana Berman, el autor principal y becario postdoctoral Argonne, no podía ver nanodiamantes en el material. En lugar de, encontró bolas de carbón parecido a una cebolla.

¿Que estaba pasando? El disulfuro de molibdeno se estaba rompiendo en molibdeno y azufre y reaccionaba con los nanodiamantes para convertirlos en carbono similar a la cebolla.

"Sabíamos que el culpable debía ser el azufre que daña los nanodiamantes, pero para nosotros realmente ayuda, "Dijo Sumant.

El equipo de Argonne, que incluía a Sumant, Diana Berman, Sankaranarayanan subramaniano, Badri Narayanan, Mathew Cherukara, Ali Erdemir y Alexander Zinovev, se dio cuenta de que la difusión de azufre estaba aumentando la tensión en los nanodiamantes, posteriormente rompiéndolos y convirtiéndolos en carbón similar a la cebolla.

Esta fue una bendición disfrazada dijo Sankaranarayanan, ya que sus esfuerzos también revelaron otro secreto de cómo otros materiales 2-D interactuarán con los nanodiamantes con el mismo resultado.

La fricción en esta nueva combinación es 10 veces menor que la de algunos recubrimientos antiadherentes, incluidos los fluoropolímeros, lo que significa menos calor y menos desgaste de piezas y equipos.

John Harvey, ejecutivo de desarrollo empresarial en Argonne, dijo que ya tenía una cantidad significativa de interés de la industria en la tecnología, a pesar de que el artículo de Sumant se publicó recientemente en Comunicaciones de la naturaleza . El estudio se titula "Operando la formación triboquímica de carbono similar a la cebolla conduce a una superlubricidad a macroescala".

"El material en el que se usa el lubricante va a durar más, y no tengo que preocuparme por los residuos líquidos y tirar trapos aceitosos como parte del proceso de limpieza, ", Dijo Harvey." También podemos usarlo para hacer piezas que no podemos hacer hoy, especialmente con estampación en metal ".

Carbón similar a la cebolla, cuando se forma, consta de varias capas de conchas de grafito esféricas que se pueden utilizar como lubricante seco. Y el proceso de rociar disulfuro de molibdeno y nanodiamantes juntos crea esta forma de carbono automáticamente, sin ninguna aplicación química adicional.

"Es interesante ver que estas bolas de carbono pueden soportar una alta presión de contacto y, debido a su nanoestructura única, puede deslizarse fácilmente, creando la superlubricidad, "dijo Ali Erdemir, Argonne Distinguished Fellow y colaborador en este estudio.

"Ahora hemos descubierto cómo generar lubricantes durante el deslizamiento que pueden durar mucho más que cualquier otro lubricante sólido, "Dijo Sumant.

Si bien el disulfuro de molibdeno es un poco más caro que el grafeno, se necesita menos en este proceso.

"La cantidad es tan pequeña, unas pocas gotas por kilómetros de deslizamiento, que el costo no es un problema, ", Dijo Sumant. El método de lubricación en seco también es mucho más limpio porque no se desechan productos químicos peligrosos en este proceso, añadió.

Los lubricantes secos ya son comunes en varias industrias. Sin embargo, se utilizan principalmente para recubrimientos de película delgada y son propensos a modos de falla catastrófica. El superlubricante desarrollado por Argonne funciona de manera muy diferente a los recubrimientos tradicionales de película delgada. El lubricante autogenerado se reajusta continuamente, para que dure más.

"Esto realmente representa la próxima generación de lubricantes sólidos, "Dijo Sumant.

Las aplicaciones potenciales incluyen cojinetes y sellos de bombas mecánicas en aplicaciones secas, así como en turbinas eólicas. La tecnología también podría utilizarse en la industria informática; específicamente, en unidades de disco magnético.

Argonne ya tiene tres patentes sobre la tecnología superlubricity, con una patente pendiente sobre este avance, que pronto estará disponible para licencia.

Sumant y Erdemir coescribieron una reseña reciente en ACS Nano sobre las tecnologías y descubrimientos de superlubricidad más actuales dentro del campo. Este artículo guía puede ser el primero en resumir el estado actual de la investigación global sobre superlubricidad utilizando materiales bidimensionales como el grafeno, nitruro de boro hexagonal y disulfuro de molibdeno.