Diga adeus ao slogan "os diamantes são para sempre". Para indústrias que usam lubrificante seco, a frase promissora tem mais probabilidade de ser "os nanodiamantes quebrados são para sempre".

Pesquisadores do Laboratório Nacional de Argonne do Departamento de Energia dos EUA (DOE) estão combinando nanodiamantes com camadas de dissulfeto de molibdênio bidimensionais e quebrando-as para criar um sistema autogerado, lubrificante seco de baixíssima fricção que dura tanto que quase poderia ser confundido com a eternidade. A substância pode ter centenas de aplicações industriais e pode ser usada virtualmente onde duas peças de metal se esfregam em condições secas.

Os lubrificantes sólidos mais comumente usados ​​no mercado hoje, assumem a forma de pasta de grafite. Usamos esses lubrificantes para engraxar maçanetas e correntes de bicicleta, entre outras coisas.

Em 2015, Anirudha Sumant da divisão de Nanociência e Tecnologia e seus colegas alcançaram um avanço na tecnologia de lubrificação sólida ao demonstrar a superlubricidade (atrito próximo de zero) em escala de engenharia pela primeira vez usando grafeno combinado com nanodiamantes. Essa abordagem foi revolucionária, e, desde então, seu grupo continuou a desenvolver a tecnologia.

Mais recentemente, Sumant substituiu o grafeno no processo por dissulfeto de molibdênio, para ver como outros materiais 2-D se comportariam. Ele esperava que o processo se parecesse com o observado com o lubrificante de nanodiamante de grafeno. Contudo, a equipe ficou surpresa quando Diana Berman, o autor principal e pós-doutorado em Argonne, não consegui ver nanodiamantes no material. Em vez de, ela encontrou bolas de carbono parecidas com cebola.

O que estava acontecendo? O dissulfeto de molibdênio estava se quebrando em molibdênio e enxofre e reagindo com os nanodiamantes para convertê-los em carbono parecido com a cebola.

"Sabíamos que o culpado deve ser o enxofre, que danifica os nanodiamantes, mas para nós realmente ajuda, "Sumant disse.

A equipe Argonne, que incluiu Sumant, Diana Berman, Subramanian Sankaranarayanan, Badri Narayanan, Mathew Cherukara, Ali Erdemir e Alexander Zinovev, percebi que a difusão de enxofre estava aumentando a tensão nos nanodiamantes, subsequentemente, quebrando-os e convertendo-os em carbono semelhante ao da cebola.

Esta foi uma benção disfarçada, disse Sankaranarayanan, já que seus esforços também revelaram outro segredo de como outros materiais 2-D irão interagir com os nanodiamantes com o mesmo resultado.

O atrito nesta nova combinação é 10 vezes menor do que alguns revestimentos antiaderentes, incluindo fluoropolímeros, o que significa menos calor e menos desgaste de peças e equipamentos.

John Harvey, executivo de desenvolvimento de negócios na Argonne, disse que já tinha um interesse significativo da indústria na tecnologia, embora o artigo de Sumant tenha sido publicado recentemente em Nature Communications . O estudo é intitulado "Operando a formação triboquímica de carbono semelhante à cebola leva à superlubricidade em macroescala."

"O material em que o lubrificante é usado vai durar mais tempo, e não tenho que me preocupar com resíduos líquidos e jogando fora trapos oleosos como parte do processo de limpeza, "Harvey disse." Também podemos usá-lo para fazer peças que não podemos fazer hoje, especialmente com estampagem de metal. "

Carbono semelhante à cebola, quando formado, consiste em várias camadas de conchas grafíticas esféricas que podem ser usadas como um lubrificante seco. E o processo de borrifar dissulfeto de molibdênio e nanodiamantes juntos cria esta forma de carbono automaticamente, sem qualquer aplicação química adicional.

"É interessante ver que essas bolas de carbono podem sustentar alta pressão de contato e, devido à sua nanoestrutura única, pode deslizar facilmente, criando a superlubricidade, "disse Ali Erdemir, Argonne Distinguished Fellow e colaborador neste estudo.

"Agora descobrimos como gerar lubrificantes durante o deslizamento que podem durar muito mais do que qualquer outro lubrificante sólido, "Sumant disse.

Embora o dissulfeto de molibdênio seja um pouco mais caro do que o grafeno, menos é necessário neste processo.

"A quantidade é tão pequena - algumas quedas para quilômetros de deslizamento - que o custo não é um problema, "Sumant disse. O método de lubrificação a seco também é muito mais limpo para uso porque não há produtos químicos perigosos sendo jogados fora neste processo, ele adicionou.

Lubrificantes secos já são comuns em várias indústrias. Contudo, eles são usados ​​principalmente para revestimentos de filme fino e estão sujeitos a modos de falha catastróficos. O superlubrificante desenvolvido pela Argonne funciona de maneira muito diferente dos revestimentos de película fina tradicionais. O lubrificante autogerado se reajusta continuamente, então dura mais.

"Isso realmente representa a próxima geração de lubrificantes sólidos, "Sumant disse.

As aplicações potenciais incluem rolamentos e vedações de bombas mecânicas em aplicações secas, bem como em turbinas eólicas. A tecnologia também pode ser usada na indústria de computadores; especificamente, em unidades de disco magnético.

Argonne já possui três patentes na tecnologia de superlubricidade, com uma patente pendente sobre esta descoberta, que em breve estará disponível para licenciamento.

Sumant e Erdemir co-escreveram uma resenha recente em ACS Nano sobre as tecnologias de superlubricidade mais atuais e descobertas no campo. Este artigo guia pode ser o primeiro a resumir o estado atual da pesquisa global sobre superlubricidade usando materiais bidimensionais como o grafeno, nitreto de boro hexagonal e dissulfeto de molibdênio.