Grafen umożliwi supersmarowanie

Ścieranie się arcymózgów z oporem ruchu jest jednym z kluczowych zadań dla współczesnej technologii. W aspekcie minimalizowania oporu co chwilę słyszy się o nowych łożyskach, torach próżniowych, czy poduszkach powietrznych.

Szczególnie zainteresowane postępami prac w tej dziedzinie są koncerny samochodowe - zmierzające do produkcji pojazdów, które osiągną jak najniższe tarcie pomiędzy elementami silnika i układu przeniesienia napędu, co przełoży się na ekonomiczne zużycie paliwa oraz oleju (ok. 30 proc. paliwa w samochodzie jest zużywane, żeby pokonać tarcie). Najnowszym hitem jest odkrycie w Argonne National Laboratory w Chicago, gdzie przeprowadzono symulację nowego materiału, który ma niemal całkowicie rozwiązać ten problem.

Przełomowy, w opinii naukowców, eksperyment potwierdził ich wieloletnie dociekania nad możliwością wykorzystania grafenu, jako alternatywy dla powszechnie stosowanych, nieprzyjaznych dla środowiska smarów. Według nich grafen jest idealnym kandydatem na składnik smaru, z uwagi na niską reaktywność oraz nieprzepuszczalność dla cieczy i gazów, co wpłynie również na ochronę powierzchni urządzeń borykających się z problemem utleniania i korozji.

Na wstępie badań testowano ślizg grafenu w interakcji ze stalową kulą, której wierzchnią warstwę stanowiło DLC (węgiel diamentopodobny). Aby wyjaśnić zaobserwowaną niestabilność obniżonego współczynnika tarcia, naukowcy wytoczyli "działo dużego kalibru" - jeden z najpotężniejszych superkomputerów na Ziemi - Mira (maszyna wyprodukowana przez IBM, która waży 96 ton i dysponuje mocą obliczeniową 8,15 petaflopów). Zagadka została rozwiązana - współczynnik tarcia ulegał wahaniu z powodu spłaszczenia zwojów grafenu pod wpływem ciężaru - tarcie było mniejsze w momencie, gdy zwoje ponownie się formowały.

W zaistniałej sytuacji przeprowadzono kolejną symulację badającą właściwości grafenu połączonego z nanocząsteczkami DLC i to był strzał w dziesiątkę. Okazało się, że węgiel diamentopodobny zapobiega spłaszczeniu grafenu. Jak twierdzi Sanekta Deshmukh - lider zespołu badawczego - symulacja komputerowa gwarantuje, że hybrydowy materiał będzie równie skuteczny w rzeczywistości.

Nie ukrywa jednak, że jego zastosowanie będzie ograniczone, bo przed naukowcami na drodze eksperymentów pojawił się następny problem do rozwiązania - nowy materiał nie sprawdza się w wilgotnym środowisku, które uniemożliwia formowanie się zwojów, wobec czego tarcie może się zwiększyć nawet stukrotnie.

Póki co z grafenowego hitu mogą skorzystać jedynie maszyny funkcjonujące w suchym środowisku jak choćby dyski twarde, czy turbiny wiatrowe. Samochody i ich właściciele muszą jeszcze poczekać, aż naukowcy pokonają wszelki opór materii i na pełnym ślizgu wejdziemy w nową erę.

Michał Mądracki