Raziskovalci iz Laboratorija za tribologijo in površinsko nanotehnologijo (TINT) so objavili študijo v reviji Small Structures (IF: 11,3), v kateri so raziskovali vlogo z dušikom dopiranih grafenskih kvantnih pik, kot aditivov v okoljsko prilagodljivih mazivih za dosego skoraj ničelnega trenja.
Trenje in obraba sta ključna povzročitelja energetskih izgub v industriji, saj predstavljata preko 20 % svetovne porabe energije. Doseganje supermazalnosti—stanja skoraj popolne odsotnosti trenja, kjer koeficient trenja pade pod 0,01—predstavlja prelomno pot do večje energetske učinkovitosti, trajnosti in ogljične nevtralnosti. Za reševanje tega izziva se preučujejo različna maziva in aditivi. Kljub temu pa ostaja doseganje supermazalnosti pri kovinskih kontaktnih parih, mazanih z mazivi na vodni osnovi, zlasti pri tlakih nad 200 MPa, velik izziv zaradi velike obrabe, dolgega utekanja in težav pri ohranjanju supermazalnosti tekom daljšega obdobja uporabe. Grafenske kvantne pike (GQD) veljajo za pomanjšano različico grafen oksida, saj vključujejo ugodno grafensko arhitekturo znotraj posameznih pik. V zadnjem času so GQD postale privlačne kot okolju prijazni aditivi za tekoča maziva zaradi svoje nizke toksičnosti, odlične biokompatibilnosti in majhnih dimenzij (<10 nm).
V tej študiji raziskovalci predstavljajo vpogled v funkcionalne lastnosti z dušikom dopiranih grafenskih kvantnih pik (NGQD) za doseganje supermazalnosti v vodno mazalnih sistemih. Supermazalnost so dosegli v režimu mejnega mazanja s koeficientom trenja med 0,0055 in 0,0097 v kontaktu med jeklom in amorfno ogljikovo prevleko, dopirano s silicijem. Pomembno je, da so NGQD zmanjšale obrabo za 47,8 % in omogočile končni kontaktni tlak 206,7 MPa – kar presega prej dosežene vrednosti za supermazalnost na osnovi vodnih maziv. Učinkovitost teh kvantnih pik se doseže z izboljšano nosilnostjo mejnega filma preko adsorpcije NGQD na površino ter tribokatalitični tvorbi izjemno nizko strižne površinske plasti, kar poudarja njihov potencial za učinkovito in dolgotrajno nanomazanje. “Koncept supermazalnosti predstavlja zelo obetavno rešitev za varčevanje z energijo, zmanjšanje vpliva na okolje in podaljšanje življenjske dobe mehanskih komponent,” je povedal asist. – razisk. dr. Irfan Nadeem. Prof. dr. Mitjan Kalin dodaja: “Za prehod v industrijsko uporabo moramo preučiti njeno obnašanje pri različnih pogojih drsenja in odkrivati nove mehanizme, ki jo omogočajo.”
Slika: Grafični povzetek prikazuje robustnost superlubrikacije pri pogojih zagona in zaustavljanja (zgoraj desno). Zgornja leva plošča prikazuje shematski prikaz eksperimentalne nastavitve za merjenje trenja. Osrednji del (modro ozadje) poudarja predlagani mehanizem superlubrikacije na osnovi nanomaziva z dušikom dopiranimi grafenskimi kvantnimi točkami (NGQD). Spodnja leva slika prikazuje ToF-SIMS analizo, ki razkriva površinsko kemijo na drsnem stiku.