Исследователи из Национальной лаборатории Ок-Риджа Министерства энергетики США изобрели покрытие, которое может значительно уменьшить трение в обычных несущих системах с движущимися частями, от приводов транспортных средств до ветряных и гидроэлектрических турбин. В основе разработки — поврежденные углеродные нанотрубки.

Многостенные углеродные нанотрубки покрывают сталь, отталкивают коррозионную влагу и служат резервуаром для смазки, объясняют разработчики. Для изготовления покрытия исследователи нагревают диск из нержавеющей стали, чтобы на поверхности образовались частицы оксида металла. Затем они используют химическое осаждение из паровой фазы, чтобы ввести углерод. Оксиды металла «сшивают» углерод, атом за атомом, формируя крошечные трубчатые структуры. Новые нанотрубки не обеспечивают суперсмазывающую способность до тех пор, пока не будут повреждены.

Углеродные нанотрубки разрушаются при трении, но становятся новым объектом. Эти сломанные углеродные нанотрубки представляют собой кусочки графена. Они размазываются по поверхности и соединяются с областью контакта, становясь тем, что мы называем трибопленкой, покрытием, образующимся в процессе, – Цзюнь Цюй, соавтор исследования.

Исследователи отмечают, что если обе контактирующие поверхности покрываются частицами, то при движении происходит трение графена о графен. Последний компонент — небольшое количество смазывающего масла. Без него трение слишком агрессивно удаляет углеродные нанотрубки и покрытие не может сформироваться.

Покрытие из углеродных нанотрубок под микроскопом. Изображение: Chanaka Kumara/ORNL, U.S. Dept. of Energy

Анализ показал, что использование такой смазочной поверхности снижает коэффициент трения до 0,001, намного ниже порогового значения сверхсмазывающей способности материалов. При этом свойства сохранялись при испытаниях более чем на 500 000 циклов трения, при непрерывном скольжении в течение трех часов, одного и двенадцати дней. В настоящее время исследователи получают патент на свою разработку.