Quiconque a déjà amené sa voiture pour une vidange d'huile reconnaît l'importance de réduire la friction qui se produit lorsque l'acier touche l'acier.

Des chercheurs du laboratoire national d'Argonne du département américain de l'Énergie (DOE) travaillent depuis des années pour remplacer le pétrole par des lubrifiants solides tels que le graphène, qui est un substitut moins cher et plus efficace, celui qui dure beaucoup plus longtemps.

Programme de Recherche et Développement Dirigé en Laboratoire (LDRD) d'Argonne, qui leur a donné les capitaux de démarrage dont ils avaient besoin pour commencer leur expérimentation, a initialement financé les travaux des chercheurs d'Argonne Anirudha Sumant et Ali Erdemir.

Le graphène peut également être utilisé pour mieux protéger les roulements à billes, qui peut se corroder avec le temps lorsqu'il est exposé à l'eau, le processus communément appelé tribo-corrosion. Le procédé développé par Argonne basé sur le graphène a montré que quelques couches de graphène réduisent non seulement le frottement de l'acier frottant contre l'acier de sept fois et l'usure de 10, 000 fois mais réduit également considérablement le problème de tribo-corrosion.

"C'est une amélioration significative par rapport à tout autre revêtement de lubrifiant solide existant disponible aujourd'hui, " dit Sumant. " Aussi, la quantité de graphène nécessaire est très faible et donc le coût est beaucoup plus faible et l'élimination des déchets pétroliers serait plus respectueuse de l'environnement, ce qui est un grand avantage secondaire."

Le travail de Sumant et de ses collègues a des implications de grande envergure tant à l'intérieur qu'à l'extérieur de l'industrie automobile. Cela pourrait aider les éoliennes à se déplacer plus facilement, leur permettant de produire plus d'énergie. Il peut également mieux sceller les machines lorsqu'il pompe du pétrole ou du gaz du sol ou en mer.

L'équipe d'Argonne, dirigé par Sumant, qui est chercheur au Center for Nanoscale Materials, a remporté deux autres subventions totalisant 1,4 million de dollars du département américain de l'Énergie.

C'est grâce au financement initial du LDRD qu'ils ont reconnu le graphène comme un lubrifiant solide émergent, un qui fonctionne différemment des lubrifiants à base d'huile et autres lubrifiants solides existants, y compris le lubrifiant au graphite et même le carbone de type diamant.

Non seulement le graphène est plus performant, c'est plus abordable. Même le graphène de qualité modérée fonctionne très bien pour les applications tribologiques, ce qui n'est pas le cas pour diverses applications électroniques et de capteurs.

La majeure partie du coût des revêtements de lubrifiants solides conventionnels est liée à l'infrastructure nécessaire pour l'appliquer, y compris l'électricité pour faire fonctionner les machines connexes et l'entretien des machines. Ce n'est pas le cas avec le graphène, qui peut être appliqué en pulvérisant une solution dans l'air et peut recouvrir n'importe quelle forme ou taille compliquée et sur une grande surface.

Dans un effort pour mettre leurs découvertes sur le marché, Sumant et son équipe travaillent actuellement avec deux entreprises différentes dans des secteurs très différents.

Le premier est l'un des principaux fournisseurs mondiaux de garnitures mécaniques pour pompes. Elle travaille avec les scientifiques pour remplacer ses joints en carbure de silicium par du graphène, ce qui réduirait l'usure et la friction.

L'équipe envisage également de travailler avec une autre entreprise du secteur automobile, qui utilise des moules pour créer des pièces automobiles, y compris les panneaux de porte. Les chercheurs d'Argonne cherchent à développer un nouveau lubrifiant qui pourrait réduire la friction dans les applications de formage des métaux et ainsi réduire le coût de fabrication automobile.

Viviane Sullivan, Responsable du programme LDRD à Argonne, a déclaré que l'expérience sur le graphène est un excellent exemple de la façon dont la science fondamentale peut être utilisée à des fins pratiques en dehors du laboratoire.

"Des découvertes comme celle-ci ont des applications dans le monde réel, c'est exactement ce que recherche le DOE, ", a-t-elle déclaré. "C'est pourquoi le ministère a apporté son soutien à ce projet après le premier tour de financement du LDRD."

LDRD prend en charge les risques élevés, recherche et développement potentiellement à haute valeur ajoutée. Il encourage la création de nouveaux concepts techniques et améliore la capacité des laboratoires nationaux à poursuivre leurs propres objectifs stratégiques ainsi que ceux des organismes de financement fédéraux.

« C'est l'un des principaux moyens par lesquels les laboratoires revitalisent continuellement leur recherche, " a déclaré Supratik Guha, Conseiller scientifique principal d'Argonne et directeur de la division Nanosciences et technologies et du Centre des matériaux à l'échelle nanométrique, une installation utilisateur du DOE Office of Science.