Attrito estremamente ridotto grazie al nuovo lubrificante in polvere
Una combinazione di chimica organica e inorganica ha creato un nuovo tipo di lubrificante - con notevoli capacità
Trovare il lubrificante giusto per lo scopo giusto è un compito spesso estremamente importante nell'industria. Non solo per ridurre attrito, surriscaldamento e usura, ma anche per risparmiare energia. Alla TU Wien, i team di ricerca del Prof. Carsten Gachot (Tribologia, Ingegneria meccanica) e del Prof. Dominik Eder (Chimica) lavorano insieme per sviluppare lubrificanti innovativi e migliorati.
Pablo Ayala, Hanglin Li, il prof. Carsten Gachot, il prof. Dominik Eder e il postdoc Xudong Sui (da sinistra a destra)
Technische Universität Wien
Minuscoli sistemi di strati combinati con molecole organiche: la struttura microscopica del nuovo lubrificante
Technische Universität Wien
Il team ha ora presentato un nuovo tipo di materiale con proprietà molto speciali: Il lubrificante COK-47 non è liquido come l'olio lubrificante, ma in polvere. Su scala nanometrica, è costituito da pile stratificate di scaglie estremamente sottili, simili a un minuscolo mazzo di carte da gioco. Quando il materiale entra in contatto con le molecole d'acqua, queste piastrine possono scivolare l'una sull'altra con estrema facilità: si crea il cosiddetto tribofilm, che garantisce un attrito estremamente ridotto. Ciò rende il COK-47 un lubrificante molto interessante in condizioni di umidità.
Organico e inorganico: il meglio dei due mondi
Il team di ricerca ha lavorato con le strutture metallo-organiche (MOF). Si tratta di una nuova classe di materiali costituiti da blocchi inorganici legati da molecole organiche. Esistono molte possibilità di adattare questi materiali a livello atomico per uno scopo specifico: ad esempio, negli ultimi anni il gruppo di Dominik Eder li ha utilizzati come fotocatalizzatori per la produzione di idrogeno o per la purificazione dell'acqua.
Nella maggior parte dei casi, i composti a struttura metallo-organica sono cluster di atomi di metallo legati da composti organici. "Tuttavia, il materiale COK-47 ha un'importante caratteristica speciale", spiega il chimico Pablo Ayala, coautore dello studio attuale. "I componenti inorganici di questo materiale sono fogli bidimensionali di ossido di titanio e questo ne determina in larga misura il comportamento".
Le indagini dettagliate hanno ora dimostrato che in un ambiente umido, le molecole d'acqua fanno sì che i legami tra i fogli di ossido di titanio si allentino, permettendo alle strutture piatte di scivolare l'una sull'altra, formando così il cosiddetto "tribofilm". Questo film di scorrimento può garantire, ad esempio tra due componenti metallici, un attrito estremamente ridotto.
Attrito minimo, massima durata
"Abbiamo confrontato il COK-47 con altri lubrificanti della classe dei composti a struttura metallo-organica, oggi spesso utilizzati. Il COK-47 ha mostrato un coefficiente di attrito significativamente inferiore rispetto agli altri", spiega Hanglin Li, primo autore dello studio. "COK-47 è anche significativamente più resistente rispetto ad altri materiali 2D - un altro criterio importante nella pratica".
Con questa scoperta, il team ha aperto una nuova area di ricerca nel campo dei lubrificanti allo stato solido. Ora vogliono migliorare ulteriormente il comportamento del materiale e studiare come adattarlo a diverse applicazioni molto specifiche.
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Pubblicazione originale
Hanglin Li, Xudong Sui, Pablo Ayala, Edoardo Marquis, Hannah Rabl, Adrian Ertl, Pierluigi Bilotto, Yazhuo Shang, Jiusheng Li, Lu Xu, Maria Clelia Righi, Dominik Eder, Carsten Gachot; "Advanced Solid Lubrication with COK‐47: Mechanistic Insights on the Role of Water and Performance Evaluation"; Advanced Science, 2025-1-13
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