Resumo:

Nanoplatels de grafeno (PNB) mostraram potencial como um lubrificante sólido para reduzir o atrito e o desgaste. Este estudo investigou a aplicação do PNB como um lubrificante de alta temperatura para processos de rolagem a quente. Os resultados mostraram que o PNB pode efetivamente reduzir o atrito em condições lubrificadas entre 600-700 ° C, com uma redução de até 50% com duração de mais de 3 minutos. A redução de atrito foi estável em temperaturas mais altas de 800 ° C e 900 ° C, indicando que o PNB pode fornecer lubrificação eficaz para processos de formação de metal quente. Experimentos a quentes demonstraram que o PNB pode reduzir a força de rolamento em 11%, 7.4%e 6.9% a temperaturas de 795 ° C, 890 ° C e 960 ° C, respectivamente. As reduções de atrito foram atribuídas ao PNB de facilidade entre as interfaces de fricção.

1. Como os nanoplatels de grafeno podem ser usados ​​como um lubrificante para processos de rolagem a quente?

O PNB pode reduzir o atrito e o desgaste em processos de laminação quente funcionando como um lubrificante sólido. Pode reduzir o atrito em até 50% a temperaturas entre 600-700 ° C e fornecer lubrificação eficaz para processos de formação de metal quente.

2. Qual é a estabilidade da redução de atrito com o PNB em temperaturas mais altas?

A redução de atrito com PNB permanece estável em temperaturas de 800 ° C e 900 ° C por 70 e 40 segundos, respectivamente. Isso indica que o PNB pode fornecer lubrificação eficaz, mesmo em temperaturas mais altas.

3. Qual é o impacto do PNB na força de rolamento em experimentos a quente?

O PNB pode reduzir a força de rolamento em 11%, 7.4%e 6.9% a temperaturas de 795 ° C, 890 ° C e 960 ° C, respectivamente. Essa redução na força de rolamento demonstra a eficácia do PNB como um lubrificante em processos de laminação quente.

4. Qual é o mecanismo por trás da redução de atrito alcançada com o PNB?

A redução de atrito com o PNB é atribuída às partículas de PNB de facilidade entre as interfaces de fricção. A presença de PNB permite deslizar mais suave e reduz a resistência entre os colegas deslizantes, resultando em atrito reduzido.

5. O que acontece com o grafeno em temperaturas superiores a 600 ° C?

Em temperaturas superiores a 600 ° C, o grafeno residual na superfície da tira pode sofrer gaseificação. Acredita -se que este processo de gaseificação reduza a contaminação negra geralmente associada aos lubrificantes de grafite tradicionais.

6. Quais são as aplicações em potencial do PNB como um lubrificante?

O PNB pode potencialmente ser usado como lubrificante em vários processos de alta temperatura, como rolamento a quente e formação de metal quente. Suas excelentes propriedades de redução de atrito o tornam um candidato promissor para reduzir o desgaste e melhorar a eficiência desses processos.

7. Quais são as vantagens de usar o PNB como um lubrificante?

O uso do PNB como lubrificante oferece várias vantagens. Pode efetivamente reduzir o atrito e o desgaste, resultando em maior eficiência e vida útil do equipamento prolongado. O PNB também tem a vantagem de reduzir a contaminação negra, o que é um problema comum com os lubrificantes de grafite tradicionais.

8. Como a eficácia do PNB como um lubrificante foi avaliada?

A eficácia do PNB como lubrificante foi avaliada por meio de testes de atrito usando um tribo-metro da bola em disco e experimentos a quente em tiras de aço. A redução de atrito e o impacto na força de rolamento foram medidos e analisados ​​para avaliar o desempenho do PNB como um lubrificante.

9. Quais são as limitações de usar o PNB como um lubrificante?

Uma limitação potencial do uso do PNB como lubrificante é sua limitação de temperatura. É relatado que funcione efetivamente até temperaturas de 600 ° C. Além disso, a gaseificação do grafeno residual em temperaturas mais altas pode potencialmente limitar suas propriedades de lubrificação.

10. Como as descobertas deste estudo podem afetar os processos industriais?

Os resultados deste estudo podem ter implicações significativas para processos industriais, particularmente aqueles que envolvem operações de alta temperatura. O uso do PNB como lubrificante pode levar a um atrito reduzido, forças de rolamento mais baixas e melhor eficiência em processos como rolamento a quente. Também pode contribuir para uma redução na contaminação negra, resultando em operações mais limpas.

Título: Propriedades de atrito em nanoescala de grafeno e óxido de grafeno

A equipe publicou recentemente suas descobertas em dois artigos consecutivos no High Impact Journal Carbono.

Aplicação potencial de nanoplatelas de grafeno como lubrificante de alta temperatura para rolagem a quente

O grafeno demonstrou ser um lubrificante sólido promissor para reduzir o atrito e o desgaste das contrapartes deslizantes, e atualmente é relatado como funcionando apenas abaixo de 600 ° C. Neste estudo, seu potencial como lubrificante acima de 600 ° C foi estudado usando um tribo de bola em disco e um moinho de rolamento. Os resultados do atrito sugerem que uma redução de até 50% pode ser obtida com nanoplatelas de grafeno (PNB) em condições lubrificadas entre 600-700 ° C quando comparadas aos testes secos. E essa redução de atrito pode durar mais de 3 min. A 800 e 900 ° C, a redução de atrito é estável para 70 e 40 s, respectivamente, o que indica que o PNB pode potencialmente fornecer uma lubrificação eficaz para processos de formação de metal quente. Experimentos a quentes em tiras de aço indicam que o PNB reduz a força de rolamento em 11%, 7.4%e 6.9% em 795, 890 e 960 ° C, respectivamente. Essas reduções de atrito são atribuídas ao PNB de facilidade entre as interfaces de fricção. Uma temperatura superior a 600 ° C levará à gaseificação do grafeno residual na superfície da tira, que se acredita reduzir a contaminação negra do lubrificante de grafite tradicional.

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Referências

1. Novoselov K S, Geim A K, Morozov S V, Jiang D, Zhang Y, Dubonos S V, Grigorieva I V, Firsov a A A. Efeito do campo elétrico em filmes de carbono atomicamente finos. Ciência306(5696): 666–669 (2004) Artigogoogle Scholar
2. Lee C, Wei X, Kysar J W, Hone J. Medição das propriedades elásticas e força intrínseca do grafeno de monocamada. Ciência321(5887): 385–388 (2008) ArtigoGeogle Scholar
3. Zhang Y, Tan Y W, Stormer HL, Kim P. Observação experimental do efeito e da baga do Quantum Hall’s fase no grafeno. Natureza438(7065): 201–204 (2005) Artigogoogle Scholar
4. Balandin A A, Ghosh S, Bao W, Calizo I, Teweldebrhan D, Miao F, Lau C N. Condutividade térmica superior do grafeno de camada única. Nano Lett8(3): 902–907 (2008) Artigogoogle Scholar
5. Wang X, Zhi L, Müllen K. Eletrodos de grafeno condutores e transparentes para células solares sensibilizadas por corantes. Nano Lett8(1): 323-327 (2008) Artigogoogle Scholar
6. Wang S, Zhang Y, Abidi N, Cabrales L. Mistorabilidade e energia livre de superfície de filmes de grafeno. Langmuir25(18): 11078-11081 (2009) Artigogoogle Scholar
7. Kim K S, Lee H J, Lee C, Lee S K, Jang H, Ahn J. H., Kim J. H, Lee H J J. Grafeno de deposição química de vapor: o lubrificante mais fino sólido. ACS Nano5(6): 5107-5114 (2011) Artigogoogle Scholar
8. Berman D, Erdemir A, Sumant A V. Grafeno: um novo lubrificante emergente. Mater hoje17(1): 31–42 (2014) ArtigoGeogle Scholar
9. Holmberg K, Andersson P, Erdemir A. Consumo de energia global devido ao atrito em carros de passageiros. Tribol int47: 221–234 (2012) Artigogoogle Scholar
10. Alberts M, Kalaitzidou K, Melkote S. Uma investigação de nanoplatelas de grafite como lubrificante na moagem. Int J Mach Tools Manuf49(12–13): 966–970 (2009) Artigogoogle Scholar
11. Marchetto D, Restuccia P, Balestrazzi A, Righi M C, Rota A, Valeri S. Passivação superficial por grafeno na lubrificação de ferro: uma comparação com bronze. Carbono116: 375–380 (2017) Artigogoogle Scholar
12. Liang S, Shen Z, Yi M, Liu L, Zhang X, Ma S. No local grafeno esfoliado para lubrificantes à base de água de alto desempenho. Carbono96: 1181-1190 (2016) ArtigoGeogle Scholar
13. Hu Y, Wang Y, Zeng Z, Zhao H, Ge X, Wang K, Wang L, Xue Q. Grafeno pegadas como nanoadditivo para melhorar as propriedades tribológicas dos lubrificantes à base de água. Carbono137: 41–48 (2018) Artigogoogle Scholar
14. Du S, Sun J, Wu P. Preparação, caracterização e performances de lubrificação de óxido de grafeno-tio₂ nanofluid em tiras de rolagem. Carbono140: 338–351 (2018) Artigogoogle Scholar
15. Puértolas J A, Castro M, Morris J A, Ríos R, Ansón-Casaos A. Propriedades tribológicas e mecânicas de compósitos de nanoplatelet/peek de grafeno. Carbono141: 107–122 (2019) Artigogoogle Scholar
16. Zhou H, Wang H, Du X, Zhang Y, Zhou H, Yuan H, Liu H Y, Mai Y W. Fabricação fácil de compostos epóxi modificados de grafeno 3D com um melhor condução térmica e desempenho tribológico. Carbono139: 1168-1177 (2018) Artigogoogle Scholar
17. Han H, Meng F, Yang C. Investigação de desempenhos tribológicos para GNPs/MOs₂ revestimento a temperaturas variáveis. Tribol Lett66(3): 1–13 (2018) Artigogoogle Scholar
18. Song H, Ji L, Li H, Wang J, Liu X, Zhou H, Chen J. Deslizamento de camada orientada para formação automática e atrito super-baixo de grafeno macroescala. Appl Phys Lett110(7): 073101 (2017) Artigogoogle Scholar
19. Shen B, Hong H, Chen S, Chen X, Zhang Z. Deposição eletroforética catódica do revestimento de grafeno modificado por nitrato de magnésio como um lubrificante sólido em escala macro. Carbono145: 297–310 (2019) ArtigoGeogle Scholar
20. Berman D, Erdemir A, Sumant A V. Desgaste reduzido e atrito habilitado por camadas de grafeno em superfícies de aço deslizante em nitrogênio seco. Carbono59: 167–175 (2013) Artigogoogle Scholar
21. Berman D, Erdemir A, Sumant A V. Feteno de poucos camadas para reduzir o desgaste e o atrito em superfícies de aço deslizante. Carbono54: 454-459 (2013) Artigogoogle Scholar
22. Savvatimskiy a i. Medições do ponto de fusão da grafite e as propriedades do carbono líquido (uma revisão para 1963–2003). Carbono43(6): 1115-1142 (2005) Artigogoogle Scholar
23. Xu Z, Zhang Q, Jing P, Zhai W. Desempenho tribológico de alta temperatura dos compósitos de matriz Tial reforçados por grafeno multicamada. Tribol Lett58(1): 3 (2015) Artigogoogle Scholar
24. Xiao Y, Shi X, Zhai W, Yang K, Yao J. Efeito da temperatura nas propriedades tribológicas e mecanismos de desgaste de compostos auto-lubrificantes da matriz nial contendo nanoplatelas de grafeno. Tribol Trans58(4): 729–735 (2015) Artigo -Scholar
25. Zhu q, zhu h t, tieu a k, reid m, zhang l c c. No local Investigação do comportamento de oxidação em material de rolo de aço de alta velocidade sob atmosferas secas e úmidas. Corros Sci52(8): 2707-2715 (2010) Artigogoogle Scholar
26. Kato O, Yamamoto H, Ataka M, Nakajima K. Mecanismos de deterioração da superfície do rolo para rolamento de tira quente. ISIJ INT32(11): 1216–1220 (1992) Artigogoogle Scholar
27. Jourani A, Bouvier S. Mecanismos de atrito e desgaste do aço inoxidável 316L em contato com deslizamento seco: efeito do tamanho da partícula abrasiva. Tribol Trans58(1): 131–139 (2015) Artigogoogle Scholar
28. Xu S C, Irle S, Musaev D G, Lin M C. Estudo químico quântico da adsorção dissociativa de OH e H₂O Em superfícies de grafite intocada e defeituosa (0001): mecanismos de reação e cinética. J Phys Chem C111(3): 1355-1365 (2007) Artigogoogle Scholar
29. Liu L, Ryu S, Tomasik MR R, Stolyarova E, Jung N, Hybertsen M S, Steigerwald ML, Brus L E, Flynn G W. Oxidação de grafeno: gravura dependente da espessura e doping químico forte. Nano Lett8(7): 1965-1970 (2008) Artigogoogle Scholar
30. Jia Y, Wan H, Chen L, Zhou H, Chen J. Efeitos do aglutinante de fosfato na lubrificação e resistência ao desgaste do revestimento de grafite a temperaturas elevadas. Surf Coat Technol315: 490-497 (2017) Artigogoogle Scholar
31. Kinoshita H, Nishina Y, Alias ​​A A, Fujii M. Propriedades tribológicas de folhas de óxido de grafeno de monocamada como aditivos de lubrificantes à base de água. Carbono66: 720–723 (2014) Artigogoogle Scholar
32. Gupta B, Kumar N, Panda K, Kanan V, Joshi S, Visoly-Fisher I. Papel dos grupos funcionais de oxigênio em óxido de grafeno reduzido para lubrificação. Rep7(1): 45030 (2017) ArtigoGeogle Scholar
33. Ele Y, Zhang N, Wu F, Xu F, Liu Y, Gao J. Espumas de óxido de grafeno e sua excelente capacidade de adsorção para gás acetona. Mater res Bull48(9): 3553-3558 (2013) Artigogoogle Scholar

Reconhecimentos

Este trabalho foi apoiado pelo projeto de descoberta do Conselho de Pesquisa Australiano (não. DP190103455) e o projeto de ligação (não. LP160101871). Os autores agradecem felizmente a assistência do Sr. Maosheng Chai na Universidade de Tsinghua para conduzir a análise de mapeamento de Raman.

Informação sobre o autor

Autores e afiliações

1. Laboratório Chave Estadual de Processamento de Solidificação, Centro de Lubrificação Avançada e Materiais de Selo, Northwestern Polytechnical University, XI’An, 710021, China Long Wang
2. Escola de Engenharia Mecânica, Materiais, Mecatrônica e Biomédica, Faculdade de Ciências da Engenharia e Informação, Universidade de Wollongong, Northfields Avenue, Wollongong, NSW, 2522, Austrália Long Wang, Anh Kiet Tieu, Jiaqing Li & Hongtao Zhu
3. Laboratório Estadual de Tribologia, Departamento de Engenharia Mecânica, Universidade de Tsinghua, Pequim, 100084, China Ming MA
4. Escola de Ciência e Engenharia de Materiais, Universidade de Ciência e Tecnologia de Shaanxi, XI’AN, 710021, China Guojuan Hai

1. Wang longo

Título: Propriedades de atrito em nanoescala de grafeno e óxido de grafeno

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Abstrato

A obtenção de atrito superlow e desgaste nas micro/nano-escalas através dos usos de lubrificantes sólidos e líquidos pode permitir desempenho superior e operações de longa duração em uma variedade de sistemas micromecânicos, incluindo sistemas mecânicos de microeletro (MEMS). Estudos anteriores indicaram que lubrificantes sólidos convencionais, como grafite pirolítica altamente ordenada (HOPG), só podem proporcionar baixo atrito em ambientes úmidos em escalas micro/macro; Mas o Hopg não é adequado para aplicações práticas de microescala. Aqui, exploramos as propriedades de atrito em escala nano de filmes de grafeno de várias camadas como um potencial lubrificante sólido para tais aplicações. As medições de microscopia de força atômica (AFM) revelaram que, para grafeno multicamada de alta pureza (7-9 camadas), a força de atrito é significativamente menor do que o que pode ser alcançado pelo uso de hopg, independentemente do material da ponta AFM da ponta AFM. Demonstramos que a qualidade e a pureza do grafeno multicamada desempenham um papel importante na redução das forças laterais, enquanto a oxidação do grafeno resulta em valores de atrito dramaticamente aumentados. Além disso, pela primeira vez, demonstramos a possibilidade de alcançar o atrito de ultralow para grafeno de camada única cultivada por CVD no dióxido de silício. Isso confirma que o processo de deposição garante uma adesão mais forte ao substrato e, portanto, permite o desempenho tribológico superior do que a esfoliação mecânica relatada anteriormente mais » processos. « menos

1. Laboratório Nacional de Argonne. (ANL), Argonne, IL (Estados Unidos). Centro de Materiais em Nanoescala
2. Laboratório Nacional de Argonne. (ANL), Argonne, IL (Estados Unidos). Divisão de Sistemas de Energia
3. Laboratório Nacional de Argonne. (ANL), Argonne, IL (Estados Unidos). Divisão de Ciência dos Materiais

Formatos de citação

Berman, Diana, Erdemir, Ali, Zinovev, Alexander V., e Sumant, Anirudha V.. Propriedades de atrito em nanoescala de grafeno e óxido de grafeno. Estados Unidos: n. p., 2015. Rede. doi: 10.1016/j.diamante.2014.10.012.

Berman, Diana, Erdemir, Ali, Zinovev, Alexander V., & Sumant, Anirudha V.. Propriedades de atrito em nanoescala de grafeno e óxido de grafeno. Estados Unidos. https: // doi.org/10.1016/j.diamante.2014.10.012

Berman, Diana, Erdemir, Ali, Zinovev, Alexander V., e Sumant, Anirudha V.. 2015. “Propriedades de atrito em nanoescala de grafeno e óxido de grafeno”. Estados Unidos. https: // doi.org/10.1016/j.diamante.2014.10.012. https: // www.Osti.Gov/Servlets/Purl/1357601.

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Trabalhos mencionados neste registro:

Grafeno: um novo lubrificante emergente
Jornal, janeiro de 2014

• Berman, Diana; Erdemir, Ali; Sumant, Anirudha V.
• Materiais hoje, vol. 17, edição 1
• https: // doi.org/10.1016/j.Mattod.2013.12.003

Feteno de poucos camadas para reduzir o desgaste e o atrito em superfícies de aço deslizante
Jornal, abril de 2013

• Berman, Diana; Erdemir, Ali; Sumant, Anirudha V.
• Carbon, vol. 54
• https: // doi.org/10.1016/j.carbono.2012.11.061

Desgaste reduzido e atrito habilitado por camadas de grafeno em superfícies de aço deslizante em nitrogênio seco
Jornal, agosto de 2013

• Berman, Diana; Erdemir, Ali; Sumant, Anirudha V.
• Carbon, vol. 59
• https: // doi.org/10.1016/j.carbono.2013.03.006

Efeito do substrato no atrito dependente da espessura no grafeno
Jornal, outubro de 2010

• Li, Qunyang; Lee, Changgu; Carpick, Robert W.
• Status Physica Solidi (B), vol. 247, edição 11-12
• https: // doi.org/10.1002/PSSB.201000555

Redes de ligação de hidrogênio em papel composto de óxido de grafeno: estrutura e propriedades mecânicas
Jornal, março de 2010

• Medhekar, Nikhil V.; Ramasubramaniam, Ashwin; Ruoff, Rodney S.
• ACS Nano, vol. 4, edição 4
• https: // doi.org/10.1021/NN901934U

VANHANDEIRO BULS-SLIP FRICTE em graphenos de poucas camadas: o efeito de espessura
Jornal, junho de 2011

• Xu, Liang; MA, Tian-Bao; Hu, Yuan-Zhong
• Nanotechnology, vol. 22, edição 28
• https: // doi.org/10.1088/0957-4484/22/28/285708

Simulação de dinâmica molecular do comportamento deslizante intercalador em grafeno de poucas camadas
Jornal, março de 2012

• Xu, Liang; MA, Tian-Bao; Hu, Yuan-Zhong
• Carbon, vol. 50, edição 3
• https: // doi.org/10.1016/j.carbono.2011.10.006

Uma análise teórica das características de atrito e defeito do grafeno sondado por um nanotubo de carbono com parede única tapada
Jornal, setembro de 2011

• Liu, p.; Zhang, y. C.
• Carbon, vol. 49, edição 11
• https: // doi.org/10.1016/j.carbono.2011.05.004

Simulações atomísticas do atrito deslizante de flocos de grafeno
Jornal, julho de 2009

• Bonelli, f.; Manini, n.; Cadelano, e.
• The European Physical Journal B, vol. 70, edição 4
• https: // doi.org/10.1140/EPJB/E2009-00239-7

Efeito da deformação elástica nas propriedades de atrito do grafeno de poucas camadas
Jornal, janeiro de 2012

• Smolyanitsky, a.; Killgore, j. P.; Tewary, v. K.
• Revisão física B, vol. 85, edição 3
• https: // doi.org/10.1103/PhysRevb.85.035412

Modificando o atrito em escala atômica entre duas folhas de grafeno: um estudo de campo de força molecular
Jornal, outubro de 2007

• Guo, Yufeng; Guo, Wanlin; Chen, Changfeng
• Revisão física B, vol. 76, edição 15
• https: // doi.org/10.1103/PhysRevb.76.155429

Coeficiente de atrito negativo dependente de adesão na grafite quimicamente modificada na nanoescala
Jornal, outubro de 2012

• Deng, Zhao; Smolyanitsky, Alex; Li, Qunyang
• Nature Materials, vol. 11, edição 12
• https: // doi.org/10.1038/NMAT3452

Comparação de forças de atrito em grafeno e grafite
Jornal, julho de 2009

• Lee, Hyunsoo; Lee, Naesung; SEO, Yongho
• Nanotechnology, vol. 20, edição 32
• https: // doi.org/10.1088/0957-4484/20/32/325701

Características de atrito e desgaste de filmes de grafeno de várias camadas investigados pela Atomic Force Microscopy
Jornal, julho de 2011

• Lin, Li-Yu; Kim, Dae-Eun; Kim, Whan-Kyun
• Tecnologia de Surface and Coatings, vol. 205, edição 20
• https: // doi.org/10.1016/j.SurfCoat.2011.04.092

SuperLubriicidade da grafite
Jornal, março de 2004

• Dienwiebel, Martin; Verhoeven, Gertjan S.; Pradeep, Namboodiri
• Cartas de revisão física, vol. 92, edição 12, artigo não. 126101
• https: // doi.org/10.1103/Physrevlett.92.126101

Espectroscopia Raman de grafeno em diferentes substratos e influência de defeitos
Jornal, junho de 2008

• Das, Anindya; Chakraborty, Biswanath; Sood, a. K.
• Boletim da Ciência dos Materiais, vol. 31, edição 3
• https: // doi.org/10.1007/S12034-008-0090-5

Número da camada de sondagem e ordem de empilhamento de grafeno de poucas camadas por espectroscopia Raman
Jornal, janeiro de 2010

• Hao, Yufeng; Wang, Yingying; Wang, Lei
• Pequeno, vol. 6, edição 2
• https: // doi.org/10.1002/smll.200901173

Efeito do fluxo de hidrogênio durante a fase de resfriamento para obter um crescimento uniforme e repetível do grafeno de bicamada em folhas de cobre em grande área
Jornal, outubro de 2014

• Gulotty, Richard; Das, Saptarshi; Liu, Yuzi
• Carbon, vol. 77
• https: // doi.org/10.1016/j.carbono.2014.05.037

Evolução do crescimento de grafeno na NI e Cu por marcação de isótopos de carbono
Jornal, dezembro de 2009

• Li, Xuesong; Cai, Weiwei; Colombo, Luigi
• Nano Letters, vol. 9, edição 12
• https: // doi.org/10.1021/NL902515K

Rumo à interface tribológica final: Química da superfície e nanotribologia do diamante ultrananocristalino
Jornal, abril de 2005

• Sumant, a. V.; Grierson, d. S.; Gerbi, J. E.
• Materiais Avançados, Vol. 17, edição 8, p. 1039-1045
• https: // doi.org/10.1002/Adma.200401264

O atrito em nanoescala variado por mudança isotópica de frequências vibracionais de superfície
Jornal, novembro de 2007

• Cannara, r. J.; Brukman, m. J.; Cimatu, k.
• Science, vol. 318, edição 5851
• https: // doi.org/10.1126/ciência.1147550

Ficção interfacial em nanoescala e adesão na monocamada suportada versus suspensa e grafeno multicamada
Jornal, dezembro de 2012

• Deng, Zhao; Klimov, Nikolai n.; Solares, Santiago D.
• Langmuir, vol. 29, edição 1
• https: // doi.org/10.1021/la304079a

Uma equação geral para ajustar a área de contato e medições de atrito versus carga
Jornal, março de 1999

• Carpick, Robert W.; Ogletree, d. Frank; Salmeron, Miquel
• Journal of Colloid e Interface Science, vol. 211, edição 2
• https: // doi.org/10.1006/jcis.1998.6027

Grafeno de deposição química de vapor: o lubrificante mais fino sólido
Jornal, maio de 2011

• Kim, Kwang-seop; Lee, Hee-jung; Lee, Changgu
• ACS Nano, vol. 5, edição 6, p. 5107-5114
• https: // doi.org/10.1021/NN2011865

Fricção em escala atômica em óxido de grafeno: uma perspectiva de interação interfacial dos cálculos dos primeiros princípios
Jornal, setembro de 2012

• Wang, Lin-Feng; MA, Tian-Bao; Hu, Yuan-Zhong
• Revisão física B, vol. 86, edição 12
• https: // doi.org/10.1103/PhysRevb.86.125436

Dependência de velocidade dos efeitos de atrito e ligação de hidrogênio
Jornal, junho de 2006

• Chen, Jinyu; Ratera, ima; Park, Jeong Young
• Cartas de revisão física, vol. 96, edição 23
• https: // doi.org/10.1103/Physrevlett.96.236102

Deslizamento superlubric de nanoflakes de grafeno no grafeno
Jornal, janeiro de 2013

• Feng, Xiaofeng; Kwon, Sangku; Park, Jeong Young
• ACS Nano, vol. 7, edição 2
• https: // doi.org/10.1021/NN305722D

Características de atrito de folhas finas atomicamente finas
Jornal, abril de 2010

• Lee, c.; Li, q.; Kalb, w.
• Science, vol. 328, edição 5974, p. 76-80
• https: // doi.org/10.1126/ciência.1184167

Trabalhos referenciando / citando este registro:

Efeito do dispersante no nano-PTFE: alcançando o equilíbrio entre estabilidade e desempenho do tribo
Jornal, julho de 2018

• Dubey, Mukesh Kumar; Bijwe, Jayashree; Ramakumar, s. S. V.
• Lubrificação Science, vol. 30, edição 7
• https: // doi.org/10.1002/ls.1425

“Deslizamento de íons” Sobre grafeno: um novo conceito para aumentar o desempenho do supercapacitor
Jornal, janeiro de 2019

• Bellani, Sebastiano; Martín-García, Beatriz; Oropesa-Nuñez, Reinier
• Horizons em nanoescala, vol. 4, edição 5
• https: // doi.org/10.1039/C8NH00446C

Estudos de características de desgaste sobre composto baseado em AA7050 reforçado com grafeno
Jornal, fevereiro de 2019

• Venkatesan, s.; Xavior, m. Anthony
• Materiais Research Express, vol. 6, edição 5
• https: // doi.org/10.1088/2053-1591/AB0125

Tamanho do grão e tribologia dependente de cobertura hidroxil do grafeno policristalino
Jornal, julho de 2019

• Chen, Yong; Wang, Shiwei; Xie, Lu
• Nanotechnology, vol. 30, edição 38
• https: // doi.org/10.1088/1361-6528/ab2a87

Superlubricidade robusta de microescala sob alta pressão de contato ativada pela microesfera revestida de grafeno
Jornal, fevereiro de 2017

• Liu, Shu-Wei; Wang, Hua-Ping; Xu, Qiang
• Nature Communications, vol. 8, edição 1
• https: // doi.org/10.1038/NCOMMS14029

Análise numérica e experimental em várias escalas do desempenho tribológico do revestimento GO em substratos de aço
Jornal, dezembro de 2019

• Hildyard, Robin; Mohammadpour, Mahdi; Saremi-yarahmadi, Sina
• Materiais, vol. 13, edição 1
• https: // doi.org/10.3390/MA13010041

Comportamento de desgaste e corrosão de compósitos de matriz de cobre reforçados com nanoplato de grafeno preparados através da auto-montagem eletrostática
Jornal, fevereiro de 2019

• Zhang, ke; Shao, Guosen; Li, Wei
• Journal of Materials Engineering and Performance, vol. 28, edição 3
• https: // doi.org/10.1007/S11665-019-3882-4

Aditivação de óleos vegetais para melhorar as características tribológicas
Jornal, junho de 2019

• Georgescu, c.; Solea, l. C.; Deleanu, l.
• Série da Conferência da IOP: Ciência e Engenharia de Materiais, vol. 514
• https: // doi.org/10.1088/1757-899X/514/1/012012

Grafeno poroso 3D por soldagem de plasma de baixa temperatura para implantes ósseos
Jornal, agosto de 2016

• Chakravarty, Dibyendu; Tiwary, Chandra Sekhar; Woellner, Cristano F.
• Materiais Avançados, Vol. 28, edição 40
• https: // doi.org/10.1002/Adma.201603146

A influência da vibração vertical no atrito em nanoescala: um estudo de simulação de dinâmica molecular
Jornal, março de 2018

• Cheng, Yang; Zhu, Pengzhe; Li, Rui
• Crystals, vol. 8, edição 3
• https: // doi.org/10.3390/Cryst8030129

Aplicação de derivados de grafeno e seus nanocompósitos em tribologia e lubrificação: uma revisão
Jornal, janeiro de 2019

• Sol, Jianlin; Du, Shaonan
• Advances RSC, vol. 9, edição 69
• https: // doi.org/10.1039/C9RA05679C

A realidade do atrito de Casimir
Jornal, abril de 2016

• Milton, Kimball; Høye, Johan; Brevik, Iver
• Symmetry, vol. 8, edição 5
• https: // doi.org/10.3390/SYM8050029

A realidade do atrito de Casimir
texto, janeiro de 2015

• Milton, k. A.; Høye, J. S.; Brevik, i.
• arxiv
• https: // doi.org/10.48550/arxiv.1508.00626

Registros semelhantes em Osti.Coleções de Gov:

Fricção em nanoescala de Mos de camada única CVD₂ com formação de defeitos controlados

Artigo de jornal Choi, min; Belianinov, Alex; Pawlicki, Alison; . – Superfícies e interfaces

Nanomateriais bidimensionais (2D) em camadas, como grafeno, dissulfeto de molibdênio (MOS₂), ou dissulfeto de tungstênio oferece uma solução promissora em áreas de lubrificação de estado sólido, devido às suas excelentes propriedades mecânicas, bem como ao baixo atrito. No entanto, os defeitos podem influenciar seu atrito e reduzir suas propriedades tribológicas superiores. Assim, é crucial entender os efeitos dos defeitos no comportamento deslizante em nanomateriais 2D, para promover uma estratégia funcional para utilizar nanomateriais 2D como filmes tribológicos de estado sólido. Neste estudo, efeitos de atrito de defeitos, limites de grãos e defeitos estruturais em escala atômica foram explorados na deposição de vapor químico (CVD) MOS de camada única cultivada₂. Patterningmore seletivo » de defeitos no MOS₂ foi realizado por meio de irradiação controlada de íons de hélio com doses de íons variadas. O atrito de MOS₂ foi caracterizado por microscopia de força de atrito (FFM) e foi descoberto que o atrito depende da formação de defeitos controlada pela irradiação de íons de hélio. Esta abordagem oferece uma correlação entre topografia da superfície, defeitos e atrito. Compreendendo o fricção relativa do MOS₂ Na presença de diferentes níveis de defeitos, é fundamental para estudar propriedades tribológicas de uma única camada MOS₂ em nanoscalas e macroscales. « menos

• https: // doi.org/10.1016/j.Surfin.2021.101437
• Texto completo disponível

Avaria da lei de atrito de Coulomb em TIC/A-C: H

Artigo de jornal PEI, Y; Huizenga, p; Galvan, D – Journal of Applied Physics

Os revestimentos avançados de nanocompósitos TIC/A-C: H foram produzidos por deposição reativa em um sistema de pulverização de magnetron de campo fechado (HAuzzer HTC-1000 ou HTC 1200). Neste artigo, relatamos o comportamento tribológico dos revestimentos de nanocompósitos TIC/A-C: H, nos quais o atrito do ultralow é adaptado com resistência de desgaste superior, duas propriedades geralmente difíceis de alcançar simultaneamente. Tribotests foram realizados à temperatura ambiente com uma configuração de bola sobre disco. Monitoramento in situ da profundidade do desgaste do disco revestido juntamente com a altura do desgaste da contraparte da bola na escala de nanométricos revela que os efeitos auto-lubrificantes são induzidos pela formação de filmes de transferência em Fore » a superfície da contraparte da bola. Uma descoberta notável é um colapso da lei de atrito de Coulomb na TIC/A-C: H. Além disso, o coeficiente de atrito de TIC/A-C: H. Uma resistência superior ao desgaste do disco revestido a um nível de 10 m/n m (por volta) foi alcançado sob a condição de atrito superlow e alta tenacidade, os quais requerem nanopartículas finas (e.g., 2 nm) e uma ampla separação da matriz que deve ser comparável às dimensões das nanopartículas. « menos

Observação atomística sobre atrito mediado por difusão entre contatos de preços únicos

Artigo de jornal Ele, Yang; Ela, Dingshun; Liu, Zhenyu; . – Materiais naturais

A super-lubricicidade, um regime deslizante em que o atrito quase desaparece, foi bem documentado com o advento da microscopia de força atômica (AFM) e da dinâmica molecular (MD) devido às suas enormes implicações para fabricar sistemas micro-eletromecânicos (MEMS/NEMS). No entanto, os mecanismos atomísticos para comportamentos super-lubrificantes ainda são ilusórios, principalmente devido à falta de observação direta da interface na resolução atômica durante o processo de atrito. Aqui usando a microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução in situ, juntamente com o AFM, relatamos a formação mediada por difusão de uma camada interfacial frouxa entre duas asperidades metálicas em forças normais infinitesimais, responsáveis ​​pelo regime deslizante, a super-lubrificação exibindo figuras » forças de atrito ultra-baixo e deslizamento contínuo. Por outro lado, a camada interfacial frouxa desaparece junto com a super-lubrificidade, levando a atrito típico de deslizamento. Além disso, a observação in situ e as simulações de MD revela o papel crucial que a difusão de átomos desempenha no atrito atômico e fornece novas idéias sobre os mecanismos fundamentais de super-opcicidade. « menos

• https: // doi.org/10.1038/S41563-021-01091-3
• Texto completo disponível

Sensor de deformação com base em revestimentos de grafeno descontínuo apoiados por polímero

Artigo de jornal Carotenuto, g. ; Schiavo, l. ; Romeu, v. ; . – Anais da Conferência da AIP

O grafeno pode ser convenientemente usado na modificação de superfícies poliméricas. As macromoléculas de grafeno são perfeitamente transparentes à luz visível e eletricamente condutora, consequentemente essas duas propriedades podem ser fornecidas simultaneamente a substratos poliméricos por revestimento de superfície com camadas de grafeno finas. Além disso, esse processo de revestimento fornece os substratos de: repelência da água, maior dureza da superfície, baixa fricção, auto-lubrificação, propriedades da barreira a gás e muitas outras funcionalidades. As poliolefinas têm uma natureza não polar e, portanto, o grafeno coloca fortemente em sua superfície. A grafite nano-cristalina pode ser usada como precursor de grafeno em alguns processos químicos (e.g., síntese de óxido de grafite pelo método Hummer), além disso, pode lamentar » aplicado diretamente à superfície de um substrato de poliolefina (e.g., polietileno) para cobri -lo por uma fina camada de grafeno. Em particular, a grafite nano-cristalina esfolia perfeitamente sob a aplicação de uma combinação de forças de cisalhamento e atrito e as camadas únicas de grafeno produzidas se espalham perfeitamente e aderem na superfície do substrato de polietileno. Tais materiais poliméricos podem ser usados ​​como substituto de ITO (óxido de índio-Tin) e na fabricação de diferentes dispositivos eletrônicos. Aqui, a fabricação de sensores de deformação resistiva transparente com base em filmes de polietileno de baixa densidade revestidos por multicamadas de grafeno é descrito. Tais dispositivos são muito sensatos e mostram um comportamento reversível e reproduzível alto. « menos

Resistência de desgaste superior dos revestimentos de diamante e DLC

Artigo de jornal Erdemir, Ali; Martin, Jean – Opinião atual em Estado Sólido e Ciência dos Materiais

Como material mais difícil, Diamond e seus revestimentos continuam a gerar atenção significativa para aplicações rigorosas envolvendo condições tribológicas extremas. Da mesma forma, o carbono semelhante a diamante (DLC, especialmente os revestimentos tetragonais de carbono amorfo, TA-C) também mantiveram um interesse de alto nível para inúmeras aplicações industriais, onde a eficiência, o desempenho e a confiabilidade são de grande importância. Além disso, a forte ligação covalente ou sp 3-hibridizaiton em revestimentos de diamante e ta-c garante alta dureza mecânica, rigidez, estabilidade química e térmica que os tornam bem adequados para condições tribológicas adversas envolvendo altas velocidades, cargas e temperaturas. Em particular, a natureza química e mecânica exclusiva das superfícies de diamante e ta-c toca Anmore » papel importante em seus comportamentos incomuns de atrito e desgaste. Como em todos os outros tribomateriais, os revestimentos de diamante e TA-C interagem fortemente com as espécies químicas em seus arredores durante o deslizamento e, portanto, produzem uma camada superficial superior quimicamente passiva, o que determina a extensão do atrito e desgaste. Os filmes grossos de diamante micro-cristalino são os mais preferidos para aplicações de ferramentas, enquanto os filmes de diamante nano/ultranano-cristalino mais finos são adequados para dispositivos mecânicos que variam de nano- (como NEMS) a Micro- (MEMS e AFM TIPS), e macro-escala de bomba de bomba mecânica. Ultimamente, os revestimentos TA-C se tornaram indispensáveis ​​para uma variedade de aplicações automotivas e são usados ​​em volumes muito grandes em tappetes, pinos de pistão, anéis e uma variedade de engrenagens e rolamentos, especialmente no mercado asiático. Este artigo pretende fornecer uma visão abrangente dos recentes desenvolvimentos em tribologia dos filmes de diamantes e DLC (TA-C) super duros (TA-C), com ênfase especial em seus mecanismos de atrito e desgaste que são essenciais para seu extraordinário desempenho tribológico em condições tribológicas severas. Finalmente, com base nos resultados de estudos recentes, o artigo também tentará destacar o que está por vir para esses filmes em tribologia e outras aplicações industriais exigentes. « menos

Citado por 57

• https: // doi.org/10.1016/j.Cossms.2018.11.003
• Texto completo disponível

O lubrificante sólido à base de grafeno reduz o atrito e o desgaste

West Lafayette, Ind. -Os pesquisadores criaram um novo tipo de lubrificante não líquido que demonstrou reduzir o atrito e desgastar significativamente nas condições extremas encontradas em várias aplicações, de compressores de ar a sistemas de mísseis.

O novo composto sem líquido é feito a partir de uma pasta de um material chamado grafeno, óxido de zinco e o difluoreto de polivinilideno de polímero. O grafeno é uma camada extremamente fina de carbono que possui muitas aplicações tecnológicas em potencial, incluindo lubrificação.

“Possui condutividade térmica superior, alta resistência e fornece atrito de ultralow,” disse Vilas Pol, professor associado de engenharia química da Universidade de Purdue.

As partículas de óxido de zinco Nanosize que a equipe desenvolveu permite que o lubrificante grude na superfície de metal, e o polímero une toda a mistura, disse o estudante de pós-graduação em engenharia química Arthur DySart.

São necessários lubrificantes sólidos para aplicações como compressores de ar, equipamentos utilizados na indústria de alimentos, veículos espaciais, mecanismos de engrenagem e cadeia, prendedores encontrados em ambientes de alta temperatura, sistemas de mísseis, impressoras de alta velocidade, motores hidráulicos em guinchos, guindastes e veículos militares, navios de alto desempenho e rolinhos de senões e senões.

“As causas fundamentais de falha mecânica são atrito e desgaste, portanto, a redução desses fatores melhora o desempenho e a vida útil de muitos sistemas mecânicos,” disse Farshid Sadeghi, Purdue’S Cummins Distinguished Professor de Engenharia Mecânica. “Apesar dos avanços recentes, os lubrificantes líquidos não podem ser usados ​​em situações de alta temperatura ou baixa pressão, como um ambiente de vácuo, de modo que os lubrificantes de estado sólido seco são uma alternativa viável para seus colegas líquidos em ambientes operacionais extremos.”

Esta imagem, tirada usando um microscópio eletrônico de varredura e espectroscopia de raios-X dispersiva em energia, mostra partículas de zinco dentro de um novo tipo de lubrificante não líquido desenvolvido por pesquisadores da Universidade de Purdue. (Imagem da Universidade Purdue/Arthur Dysart) Download da imagem

Pesquisadores testaram superfícies de aço inoxidável revestidas com o novo lubrificante.

“Nós testamos em cenários de pior caso,” disse o estudante de pós -graduação em engenharia mecânica Abdullah A. Alazemi.

As descobertas foram detalhadas em um artigo de pesquisa publicado em 11 de julho na revista carbono carbono.

“A durabilidade e a resiliência deste revestimento adesivo sugerem potencial excepcional como lubrificante seco para aplicações de alta carga de carga,” Pol disse.

Os pesquisadores descobriram que o lubrificante composto cria um filme que melhora significativamente o atrito e a redução do desgaste. A análise espectroscópica de Raman de cicatrizes de desgaste revelou este filme de proteção persistente em superfícies de contato.

Uma lista completa do artigo’S co-autores está disponível no resumo.

A pesquisa está em andamento e o trabalho futuro está planejado com parceiros industriais. Os pesquisadores se candidataram a uma patente através da Purdue Research Foundation’Escritório de Comercialização de Tecnologia.

Farshid Sadeghi, 765-494-5719, [email protegido]

ABSTRATO

Novos lubrificantes de sólido seco terciário em superfícies de aço reduzem atrito significativo e desgaste sob condições de alta carga

Abdullah a. Alazemi A, 1, Arthur D. Dysart B, 1, Steven J. Shaffer C, Vilas G. Pol B, *, Lars-Erik Stacke D, Farshid Sadeghi A, **

Escola de Engenharia Mecânica, Universidade de Purdue, West Lafayette, Indiana 47907, Estados Unidos, B Escola de Engenharia Química de Davidson, Universidade de Purdue, C Divisão de Superfícies de Nano Bruker, San Jose, Califórnia., D Skf Digital Business Technology, Göteborg, Suécia

Um novo filme composto de óxido de grafeno-zinco é criado e estudado como um lubrificante de estado sólido para atrito e redução de desgaste sob condições de carga extrema. O composto sem líquido é feito de uma pasta de grafeno, óxido de zinco e difluoreto de polivinilideno revestido com um substrato de aço inoxidável. O desempenho tribológico aprimorado foi medido em condições ambientais usando um tribômetro de bola sobre disco com pressões de contato até 1.02 GPA e distâncias deslizantes de até 450 m. O lubrificante rico em grafeno demonstra atrito substancial e redução de desgaste (CA. 90%) em comparação com deslizamento não iluminado. O filme composto é capaz de manter seus efeitos lubrificantes em condições operacionais extremas, incluindo 15 N de carga normal e 450 m de distância deslizante. Após testes tribológicos, análise óptica e espectroscópica das cicatrizes de desgaste formadas revelam um filme de proteção persistente na bola e nas superfícies de disco. O excelente desempenho tribológico deste composto rico em grafeno é atribuído ao efeito de adesão do óxido de zinco: o zinco adere grafeno à interface de contato, mantendo o melhor desempenho tribológico sob alta pressão de contato. A durabilidade e a resiliência deste revestimento adesivo sugerem potencial excepcional como lubrificante seco para aplicações de alta carga de carga.

Material fornecido pela Universidade Purdue

Camadas de grafeno reduzem drasticamente o desgaste e o atrito nas superfícies de aço deslizante

(Phys.org) – às vezes, basta uma quantidade extremamente pequena de material para fazer uma grande diferença. Os cientistas do Laboratório Nacional de Argonne descobriram recentemente que poderiam substituir camadas de grafeno de um átomo de espessura por lubrificantes à base de petróleo em superfícies deslizantes de aço, permitindo uma redução dramática na quantidade de desgaste e atrito.

Novos estudos liderados pelos cientistas dos materiais de Argonne, Anirudha Sumant e Ali Erdemir, mostraram que o grafeno é capaz de reduzir drasticamente a taxa de desgaste e o coeficiente de atrito (COF) de aço. As reduções acentuadas de atrito e desgaste são atribuídas à natureza de baixo cisalhamento e altamente protetora do grafeno, que também impediu a oxidação das superfícies de aço quando presente nas interfaces de contato deslizantes.

Os rolamentos de esferas de aço inoxidável fazem parte integrante de muitas máquinas mecânicas em movimento, variando de ventiladores de mesa a turbinas eólicas gigantes.

“Reduzir as perdas de energia e materiais nesses sistemas mecânicos em movimento devido ao atrito e desgaste continua sendo um dos maiores desafios de engenharia do nosso tempo”, disse Sumant.

Os lubrificantes atuais reduzem o atrito e o desgaste através do uso de aditivos ambientalmente hostis ou, em alguns casos, lubrificantes sólidos, como dissulfeto de molibdênio ou ácido bórico. Os lubrificantes à base de petróleo precisam ser reaplicados consistentemente, produzindo resíduos adicionais. O custo da aplicação de revestimentos de lubrificante sólido é bastante alto e, devido à espessura finita, eles não duram muito e também devem ser reaplicados reaplicados.

Por outro lado, os revestimentos feitos de flocos de grafeno não são prejudiciais ao meio ambiente e podem durar um período considerável de tempo devido à capacidade dos flocos de se reorientar durante os ciclos de desgaste inicial, fornecendo um COF baixo durante o deslizamento.

Sumant e Erdemir estimaram que a perda reduzida de energia ao atrito oferecido por novos materiais produziria uma economia potencial de energia de 2.46 bilhões de quilowatt-hora por ano, equivalentes a 420.000 barris de petróleo.

“Aplicar ou reaplicar o revestimento de grafeno não requer nenhuma etapa adicional de processamento além de apenas espalhar uma pequena quantidade de solução na superfície de interesse, tornando esse processo simples, econômico e ecológico”, disse Diana Banen, pesquisadora de pós-doutorado do Centro de Materiais em Nanoescala de Argonne (CNM).

“É interessante ver como um material de um átomo de espessura afeta as propriedades em uma escala maior”, disse Sumant. “Acredito que o grafeno tem potencial como um lubrificante sólido na indústria automotiva e, uma vez totalmente desenvolvida, pode ter impactos positivos em muitas aplicações mecânicas que podem levar a uma tremenda economia de energia.”

Sumant está associado ao CNM de Argonne, enquanto Erdemir trabalha para a divisão de sistemas de energia de Argonne. O financiamento veio do Escritório de Pesquisa e Desenvolvimento Dirigido por Argonne.

A equipe publicou recentemente suas descobertas em dois artigos consecutivos no High Impact Journal Carbono.

Mais Informações: D. Berman, a. Erdemir, a.V. SUMANT: Feteno de poucos camadas para reduzir o desgaste e o atrito em superfícies de aço deslizante. Carbono, 54, 454-459 (2013)

D. Berman, a. Erdemir, a.V. Sumant: desgaste reduzido e atrito habilitado por camadas de grafeno em superfícies de aço deslizante em nitrogênio seco, Carbono, no prelo. www.ScienceDirect.com/ciência/… ii/s0008622313002108

Informações do diário: Carbono

Citação: Camadas de grafeno reduzem drasticamente o desgaste e o atrito nas superfícies de aço deslizante (2013, 26 de abril) recuperado em 18 de maio de 2023 de https: // phys.Org/News/2013-04-grafeno-camadas-aço-aço-de-ruptura.html

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