Nanotechnologieën verminderen wrijving en verbeteren de duurzaamheid van materialen

Een team van wetenschappers van de National Research Nuclear University MEPhI en Immanuel Kant Baltic State Federal University stelde voor om innovatieve dunne films te gebruiken om wrijving aanzienlijk te verminderen en zo de duurzaamheid van oppervlakken in mechanismen te vergroten. Deze ontdekking kan op veel gebieden belangrijk zijn, van geneeskunde tot ruimtevaarttechnologieën.

“Dunne films zijn vaste stoffen die slechts enkele atomaire lagen dik kunnen zijn. Gewoonlijk verschillen hun eigenschappen aanzienlijk van de eigenschappen van de oorspronkelijke stoffen op macroschaal. De toepassingsgebieden worden steeds groter en omvatten nano-elektronica, opto-elektronica, spintronica, -, en fotokatalyse, evenals belangrijke economische gebieden zoals ruimtevaarttechnologieën en instrumentenbouw. ​​Micromodule-apparaten voor ruimtevaartuigen en medische technologieën zijn ook veelbelovende gebieden waarin dunne films kunnen worden gebruikt ”, zegt Vyacheslav Fominski, een projectbegeleider die MEPhI vertegenwoordigt. .

Om wrijving te verminderen en vele andere problemen op te lossen, zou men metaalchalcogeniden kunnen gebruiken, dwz verbindingen van overgangsmetalen met zwavel, seleen en telluur. De eerste experimenten om uit deze materialen dunne films te verkrijgen, begonnen in de jaren tachtig. Vervolgens waren de onderzoekers vooral geïnteresseerd in het vermogen van de films om hun eigenschappen te wijzigen wanneer hun structuur of laagdikte veranderde. In hun recente onderzoek bestudeerde het Russische team de films die uit vier elementen bestonden: molybdeen, zwavel, koolstof en waterstof.

Ten eerste gebruikte het team laserimpulsen (met een duur van tientallen nanoseconden) gericht op koolstof- en molybdeendoelen om plasmastromen van deze materialen te creëren. Toen koolstof en molybdeen in de gasfase veranderden, reageerden ze met waterstofsulfide dat in de experimentele kamer werd gepompt en het product van de reactie werd afgezet op een stalen basis. Tijdens dit proces konden chemisch actieve atomen van zwavel en waterstof in de groeiende coating terechtkomen. Samen vormden de atomen een dunne film op het metaal. De eigenschappen van de film hingen af ​​van de concentratie van componenten en de wijze waarop de laser-plasmastroom werd gegenereerd.

Deze methode wordt reactieve gepulseerde laserafzetting genoemd en zorgt voor meer gladde en dichtere lagen. Het stelt wetenschappers ook in staat verschillende experimentparameters te wijzigen en zo de structuur van de eindproducten te beïnvloeden. Deze krachtige tool voor het creëren van unieke nanostructuren wordt actief ontwikkeld in veel onderzoekscentra, waaronder MEPhI en BFU.

De dunne films verkregen door het team waren niet meer dan 0,5 um dik, maar verminderden de wrijving met meer dan 10 keer: de wrijvingsfactor van een stalen kogel die langs een stalen plaat glijdt in afwezigheid van traditionele vloeibare smeeroliën was nooit hoger dan 0,03 (onder normale omstandigheden en -100 °?). Dit is dezelfde factor die schaatsen op ijs hebben.