MXene 2D Nano: el lubricante ideal

Puede lubricar la cadena de una bicicleta con aceite, pero ¿qué se hace con un mars rover o una cinta transportadora roja caliente en la fabricación de acero? TU Wien ha estudiado nanomateriales muy especiales con grupos de investigación de Saarbrücken (Alemania), la Universidad Purdue en los Estados Unidos y la Universidad de Chile (Santiago, Chile).

La clase MXenes (pronunciada «maxene») ha causado un gran revuelo en los últimos años con respecto a las nuevas tecnologías de baterías. Pero ahora resulta que también es un excelente lubricante sólido, muy duradero y cumple su función incluso en las condiciones más difíciles. Estas geniales propiedades de MXenes ahora se publican en la popular revista ACS Nano.

Al igual que el material de grafeno carbonoso, los MXenes pertenecen a la clase de los llamados materiales bidimensionales: sus propiedades están determinadas principalmente por el hecho de que son capas muy delgadas, capas atómicas únicas, sin fuertes enlaces a la capa superior o inferior.

«Comienza con las llamadas fases MAX, que son sistemas de capas patentados que constan de titanio, aluminio y carbono, por ejemplo», dice el profesor Carsten Gachot, presidente del Grupo de Tribología del Instituto de Diseño de Ingeniería y Desarrollo de Productos de TU. Viena. «El truco crucial es grabar el aluminio con ácido fluorhídrico».

Lo que queda después de eso es un montón de capas atómicamente delgadas de titanio y carbono amontonadas sueltas una encima de la otra, como hojas. Cada capa es relativamente estable por sí sola, pero las capas se pueden deslizar fácilmente entre sí.

El desplazamiento de las capas atómicas entre ellas hace que el material sea un excelente lubricante seco: sin desgaste, es posible un deslizamiento de muy baja resistencia. Por lo tanto, la fricción entre las superficies de acero se puede reducir a un sextante, y con una resistencia al desgaste excepcionalmente alta: incluso después de 100.000 ciclos de movimiento, la capa de lubricante MXene sigue funcionando sin problemas.

Esto es ideal para usar en condiciones difíciles: mientras que el lubricante se evapora instantáneamente en el vacío durante el vuelo espacial, por ejemplo, MXene también se puede usar en forma de polvo fino allí.

«Se han intentado cosas similares con otros materiales de película delgada, como el grafeno o el disulfuro de molibdeno», dice Carsten Gachot. «Pero reacciona sensiblemente a la humedad en la atmósfera. Y las moléculas de agua pueden cambiar las fuerzas de unión entre capas individuales. Y con los MXenes, por otro lado, esto juega un papel menor».

Otra característica crucial es la resistencia al calor de los MXenes: «Muchos lubricantes se oxidan a altas temperaturas y pierden su lubricación. Por otro lado, los MXenes son más estables y pueden usarse en la fabricación de acero, donde las partes mecánicamente móviles pueden alcanzar temperaturas de varios cientos de percentiles». grados, «

El lubricante en polvo fue examinado en varios experimentos en TU Wien por el Dr. Philip Grootsmacher del grupo de investigación del profesor Gutschot, así como en la Universidad de Saarland en Saarbrucken y la Universidad de Purdue en los Estados Unidos. En el otro extremo del mundo, el profesor Andreas Rosenkranz en Chile jugó un papel importante en la iniciación y diseño de la obra.

«También hay mucho interés en estos materiales por parte de la industria. Suponemos que tales MXenes pronto se podrán producir a mayor escala», dice Carsten Gachot.

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Profesor Carsten Gachot

Instituto de Diseño de Ingeniería y Desarrollo de Producto

TU Viena

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