Atrito extremamente baixo graças ao novo lubrificante em pó
Uma combinação de química orgânica e inorgânica criou um novo tipo de lubrificante - com capacidades notáveis
Encontrar o lubrificante certo para o objetivo certo é uma tarefa que é frequentemente extremamente importante na indústria. Não só para reduzir a fricção, o sobreaquecimento e o desgaste, mas também para poupar energia. Na TU Wien, as equipas de investigação do Prof. Carsten Gachot (Tribologia, Engenharia Mecânica) e do Prof. Dominik Eder (Química) estão, por isso, a trabalhar em conjunto para desenvolver lubrificantes inovadores e melhorados.
Pablo Ayala, Hanglin Li, Prof Carsten Gachot, Prof Dominik Eder e Postdoc Xudong Sui (da esquerda para a direita)
Technische Universität Wien
Sistemas de camadas minúsculas combinados com moléculas orgânicas - a estrutura microscópica do novo lubrificante
Technische Universität Wien
A equipa apresentou agora um novo tipo de material com propriedades muito especiais: O lubrificante COK-47 não é líquido como o óleo lubrificante, mas em forma de pó. Numa escala nanométrica, consiste em pilhas de camadas de flocos extremamente finos, semelhantes a um pequeno baralho de cartas de jogar. Quando o material entra em contacto com as moléculas de água, estas plaquetas podem deslizar umas sobre as outras muito facilmente - é criado o chamado tribofilme, que garante uma fricção extremamente baixa. Isto faz do COK-47 um lubrificante muito interessante em condições de humidade.
Orgânico e inorgânico: o melhor dos dois mundos
A equipa de investigação trabalhou com estruturas metal-orgânicas (MOFs). Estas são uma nova classe de materiais que consistem em blocos de construção inorgânicos ligados por moléculas orgânicas. Há muitas possibilidades de adaptar estes materiais a um nível atómico para um fim específico - por exemplo, o grupo de Dominik Eder utilizou-os nos últimos anos como fotocatalisadores para a produção de hidrogénio ou para a purificação da água.
Na maioria dos casos, os compostos de estruturas orgânicas metálicas são aglomerados de átomos de metal ligados por compostos orgânicos. "No entanto, o material COK-47 tem uma caraterística especial importante", explica o químico Pablo Ayala, coautor do estudo atual. "Os componentes inorgânicos deste material são folhas bidimensionais de óxido de titânio, o que determina o seu comportamento de forma muito significativa."
Investigações detalhadas mostraram agora que, num ambiente húmido, as moléculas de água asseguram que as ligações entre as folhas de óxido de titânio se afrouxam, permitindo que as estruturas planas deslizem umas sobre as outras, formando assim o chamado "tribofilme". Esta película deslizante pode - por exemplo, entre dois componentes metálicos - garantir uma fricção extremamente reduzida.
Atrito mínimo, durabilidade máxima
"Comparámos o COK-47 com outros lubrificantes da classe dos compostos de estrutura metal-orgânica que são frequentemente utilizados hoje em dia. O COK-47 apresentou um coeficiente de fricção significativamente mais baixo do que os outros", afirma Hanglin Li, primeiro autor do estudo. "O COK-47 é também significativamente mais durável em comparação com outros materiais 2D - outro critério importante na prática."
Com esta descoberta, a equipa abriu toda uma nova área de investigação no domínio dos lubrificantes de estado sólido. Pretendem agora melhorar ainda mais o comportamento do material e investigar como pode ser adaptado a várias aplicações muito específicas.
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Publicação original
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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