Před dvěma lety snížili u pevného maziva součinitel tření zhruba na miliontinu a publikovali článek v Nature Materials. Výsledky tehdejšího výzkumu se do průmyslové praxe zatím nedostaly, avšak tým Tomáše Polcara z katedry řídicí techniky FEL ČVUT nezahálí.
Tým vědců pod vedením Tomáše Polcara, který se na katedře řídicí techniky FEL ČVUT věnuje materiálovému inženýrství, zaměřuje svou pozornost na možnosti nanášení 2D materiálů na povrchy, a dále pak také na samoadaptivní pevné lubrikanty. Ty mají větší potenciál přesunout se z laboratoře k praktickému využití.
Typickým 2D materiálem, který lze použít pro experimenty s mazáním za sucha, je grafen, respektive grafenové vrstvičky. Ty jsou tvořeny z jedné řady k sobě velmi silně vázaných atomů, které avšak mezi sebou nijak neinteragují, což mimo jiné znamená, že po sobě velmi dobře kloužou.
Dalším vhodným materiálem (z mnoha možných) je například disulfid molybdenu, jenž má velmi podobné vlastnosti — i v tomto případě mají atomy silnou kovalentní vazbu, jeho vrstvy však mezi sebou nemají žádné interakce. Jen je v tomto případě vrstva složená nikoliv z jedné řady atomů, ale ze tří: síra — molybden — síra.
„V našem někdejším experimentu jsme ověřili, že když se 2D materiály dobře zkombinují, můžeme v laboratorním měřítku snížit součinitel tření až na miliontinu,“ vzpomíná Tomáš Polcar na úspěch svého týmu, jejichž práci před dvěma roky otiskl prestižní časopis Nature Materials, a druhým dechem dodává, že s tímto pro vědu krásným výsledkem se ovšem pojí také mnoho praktických problémů, na které teprve musí vědci najít odpovědi.
Ač je takzvaný 2D materiál v podstatě složen z jedné (nebo o trochu více) vrstvičky atomů, a je tedy nesmírně tenký, dokáže změnit optické vlastnosti světla, které přes něj prochází. Proto je možné jej vidět pouhým okem a i přes jeho „absolutní“ tenkost jej lze uchopit rukou. Zároveň je ale právě pro tuto svou tenkost extrémně náchylný na poškození a výrobní defekty, tedy stavy, které snižují jeho jinak vynikající kluzné vlastnosti. Podle Tomáše Polcara je zatím laboratorně možné vyrobit plátek, který lze vizuálně i rozměrově přirovnat k hodně tenkému listu papíru A5. Ale i kdyby bylo možné vyrobit plát větší, bylo by nesmírně obtížné s ním za současných možností pokrýt povrchy typické pro průmysl, které jsou třeba 1 000× drsnější. Buď by se potrhal už při nanášení, nebo by došlo k poškození následně během tření.
„Momentálně se tedy nabízejí pouze dvě možné aplikace. Tou první je konkrétní jednorázové využití ve vesmírných projektech, jako je vypouštění satelitů. Druhou je vlastně trochu cesta zpět, kdy by se 2D materiály distribuovaly k povrchům prostřednictvím klasických olejových maziv. Pro jiné aplikace zatím nejsou 2D materiály v této podobě použitelné.“
Základní výzkum v oblasti transferu 2D vrstviček na povrchy předmětů na ČVUT tak pokračuje. Tým profesora Polcara před nedávnem publikoval článek, v němž popisuje zcela unikátní experiment. „Podařilo se nám za pomoci polymeru jako nosiče obtisknout vrstvičku grafenu na ložiskovou kuličku. Tu jsme pak třeli v běžném zařízení pro testování ložisek, jehož stěnu jsme povlakovali disulfidem molybdenu. Závěr experimentu sice zní, že tato konfigurace nevede ke kýženému výsledku, ale zároveň jsme zaznamenali velmi zajímavý vedlejší efekt.“ Při přenosu vrstvičky z polymeru na kuličku totiž zůstal na povrchu náboj, který extrémně snížil tření.
(Celý článek naleznete v aktuálním vydání Technického týdeníku.)