Grafen zwiększa wydajność oleju

Zgnieciona cząsteczka grafenu

Naukowcy z McCormick School of Engineering na uniwersytecie Northwestern przeprowadzili badania, z których wynika, że olej z dodatkiem nanokulek grafenu zmniejsza tarcie i chroni silnik lepiej, niż w przypadku olejów obecnie dostępnych na rynku.

W przeciętnym samochodzie 15% zużycia paliwa tracone jest na pokonanie tarcia silnika i przekładni. Kiedy tarcie jest duże koła zębate muszą pracować ciężej, co oznacza większe spalanie oraz większą emisję dwutlenku węgla do atmosfery. W skali światowej jest to poważny problem, ponieważ przez tarcie marnują się miliony ton paliwa.

Ludzie długo szukali dodatków, które pozwoliłyby zwiększyć wydajność oleju. Naukowcy z uniwersytetu Northwestern odkryli, że „zgniecione” kulki grafenu są niezwykle obiecujące, jako dodatek smarujący. W serii przeprowadzonych testów, olej modyfikowany nanokulkami grafenu pokonał kilka smarów handlowych o 15 procent, zarówno jeśli chodzi o zmniejszenie tarcia, jak i stopnia zużycia powierzchni stalowych.

Około pięć lat temu, Jiaxing Huang odkrył zgniecione kulki grafenowe. Jest to nowy typ najdrobniejszych cząstek, które przypominają pogniecione kulki papieru. Cząstki te, uzyskiwane są przez suszenie maleńkich kropelek wody, które w środku zawierają grafen. Kapilarne siły generowane przy odparowaniu wody gniotą arkusze grafenu w miniaturowe kulki o nieregularnych kształtach.

Jak powiązano nanokulki grafenu ze zmniejszaniem tarcia?

Jeden z naukowców podczas lunchu zgniótł serwetkę i żonglował nią, kiedy „piłeczka” spadła na stół potoczyła się po nim. Wtedy przypomniała mu się zasada działania łożysk kulkowych, które toczą się pomiędzy powierzchniami w celu zmniejszenia tarcia. To był moment, który rozpoczął pracę nad rozwojem tej technologii.

Nanocząsteczki, a zwłaszcza nanocząsteczki węglowe, badano już wcześniej w celu zwiększenia wydajności smarowania olejem. Okazało się jednak, że cząstki te nie rozpraszają się w oleju, a zamiast tego mają tendencję do zbijania się, co sprawia, że ​​są one mniej skuteczne. Cząstki zakleszczały się między powierzchniami przekładni doprowadzając do ich agregacji, co w konsekwencji zwiększało tarcie i zużycie. Aby rozwiązać ten problem, naukowcy modyfikowali cząstki dodatkowymi substancjami chemicznymi, zwanymi środkami powierzchniowo-czynnymi. Ale to nie rozwiązało problemu ponieważ pod wpływem tarcia cząsteczki powierzchniowo-czynne ścierały się i rozkładały, po czym ponownie się zlepiały.

Ze względu na unikalny kształt pogniecione kulki grafenu rozpraszają się bez konieczności dodawania środków powierzchniowo-czynnych. Ich nieregularna powierzchnia nie pozwala na bliski kontakt z innymi kulkami grafenu, a nawet gdy są ściśnięte to łatwo się od siebie oddzielają.

Zespół inżynierów z McCormick odkrył również, że wydajność pogniecionych kulek grafenu nie jest zależna od ich stężenia w oleju. Do osiągnięcia zadowalającego efektu wystarczające jest zastosowanie niewielu kulek grafenu, a w przypadku zwiększenia jego stężenia o 10 razy, wydajność jest taka sama. W eksperymentach, w których do oleju dodawano cząsteczki węgla, stężenie miało bardzo duży wpływ na efektywność smarowania.

W przyszłości zespół planuje zbadać dodatkowe korzyści z zastosowania pogniecionych kulek grafenowych. Mogą zostać zastosowane m.in. jako nośniki materiałów antykorozyjnych.

 

 

Źródło: Northwestern

Ilustracja: Northwestern

UWAGA! Ten serwis używa cookies i podobnych technologii.

Brak zmiany ustawienia przeglądarki oznacza zgodę na to. Czytaj więcej…

Zrozumiałem