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  • Le graphène s'avère un lubrifiant longue durée

    La structure hexagonale du graphène en fait un excellent lubrifiant.

    Lorsque vous essayez de concevoir un système mécanique pour qu'il dure le plus longtemps possible, les scientifiques et les ingénieurs doivent trouver des moyens de surmonter les frictions. Alors que les chercheurs ont trouvé de nombreux matériaux qui aident à réduire la friction, les lubrifiants conventionnels ont souvent des limitations chimiques. Une analyse récente du laboratoire national d'Argonne du département de l'Énergie des États-Unis a identifié les propriétés d'un nouveau substance exceptionnellement résistante à l'usure qui fonctionne dans un plus large éventail d'environnements.

    Le nanoscientifique Anirudha Sumant et ses collègues du Centre des matériaux à l'échelle nanométrique d'Argonne et de la division Systèmes énergétiques d'Argonne ont appliqué une couche de graphène d'une épaisseur d'un atome, une forme bidimensionnelle de carbone, entre une bille d'acier et un disque d'acier. Ils ont constaté que seule la seule couche de graphène a duré plus de 6, 500 "cycles d'usure, " une amélioration spectaculaire par rapport aux lubrifiants conventionnels comme le graphite ou le bisulfure de molybdène.

    "En comparaison, " Sumant dit, "les lubrifiants conventionnels auraient besoin d'environ 1, 000 couches pour durer 1, 000 cycles d'usure. C'est un énorme avantage en termes d'économies avec des performances bien meilleures."

    Le graphite est utilisé comme lubrifiant industriel depuis plus de 40 ans, mais non sans certains inconvénients, Sumant a expliqué. "Le graphite est limité par le fait qu'il ne fonctionne vraiment que dans des environnements humides. Si vous avez un cadre sec, ça ne sera pas aussi efficace, " il a dit.

    Cette limitation provient du fait que le graphite – contrairement au graphène – a une structure tridimensionnelle. Les molécules d'eau dans l'air humide créent une glissance en se tissant entre les feuilles de carbone du graphite. Quand il n'y a pas assez de molécules d'eau dans l'air, le matériau perd de sa douceur.

    bisulfure de molybdène, un autre lubrifiant commun, a le problème inverse, dit Sumant. Il fonctionne dans les environnements secs mais pas bien dans les environnements humides. « Le défi consiste essentiellement à trouver un seul lubrifiant tout usage qui fonctionne bien pour les systèmes mécaniques, peu importe où ils sont, " il a dit.

    La structure bidimensionnelle du graphène lui confère un avantage significatif. "Le matériau est capable de se lier directement à la surface de la bille en acier inoxydable, le rendant si parfaitement même que même les atomes d'hydrogène ne sont pas capables de le pénétrer, " a déclaré le scientifique des matériaux d'Argonne, Ali Erdemir, un collaborateur de l'étude qui a testé des surfaces en acier revêtues de graphène dans son laboratoire.

    Dans une étude précédente dans Materials Today, Sumant et ses collègues ont montré que quelques couches de graphène fonctionnent aussi bien dans des environnements humides et secs qu'un lubrifiant solide, résoudre le casse-tête vieux de 40 ans pour trouver un lubrifiant solide sans défaut. Cependant, l'équipe a voulu aller plus loin et tester une seule couche de graphène.

    Tout en le faisant dans un environnement contenant des molécules d'hydrogène pur, ils ont observé une amélioration spectaculaire de la durée de vie opérationnelle du graphène. Lorsque la monocouche de graphène finit par s'user, les atomes d'hydrogène se précipitent pour réparer le réseau, comme recoudre une courtepointe. "L'hydrogène ne peut pénétrer dans le tissu que là où il y a déjà une ouverture, " dit Subramanian Sankaranarayanan, un informaticien d'Argonne et co-auteur de cette étude. Cela signifie que la couche de graphène reste intacte plus longtemps.

    Les chercheurs avaient déjà fait des expériences pour comprendre la résistance mécanique d'une seule feuille de graphène, mais l'étude d'Argonne est la première à expliquer l'extraordinaire résistance à l'usure du graphène d'une épaisseur d'un atome.

    Un article basé sur la recherche, "Résistance à l'usure extraordinaire à l'échelle macro d'une couche de graphène épaisse d'un atome, " paru dans l'édition du 26 août de Matériaux fonctionnels avancés . Les chercheurs postdoctoraux d'Argonne Diana Berman et Sanket Deshmukh sont d'autres auteurs de cette étude.


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