(Phys.org) —Parfois, il suffit d'une très petite quantité de matériau pour faire une grande différence. Des scientifiques du Laboratoire national d'Argonne ont récemment découvert qu'ils pouvaient remplacer des couches de graphène d'un atome d'épaisseur par des lubrifiants à base d'huile sur des surfaces en acier glissantes. permettant une réduction spectaculaire de la quantité d'usure et de friction.

De nouvelles études menées par les scientifiques des matériaux d'Argonne, Anirudha Sumant et Ali Erdemir, ont montré que le graphène est capable de réduire considérablement le taux d'usure et le coefficient de friction (COF) de l'acier. Les réductions marquées du frottement et de l'usure sont attribuées au faible cisaillement et à la nature hautement protectrice du graphène, qui a également empêché l'oxydation des surfaces en acier lorsqu'elles sont présentes aux interfaces de contact glissant.

Les roulements à billes en acier inoxydable font partie intégrante de nombreuses machines mécaniques en mouvement, allant des ventilateurs de table aux éoliennes géantes.

"La réduction des pertes d'énergie et de matériaux dans ces systèmes mécaniques en mouvement dues au frottement et à l'usure reste l'un des plus grands défis d'ingénierie de notre époque, " dit Sumant.

Les lubrifiants actuels réduisent les frottements et l'usure soit par l'utilisation d'additifs nocifs pour l'environnement, ou dans certains cas, des lubrifiants solides tels que le bisulfure de molybdène ou l'acide borique. Les lubrifiants à base d'huile doivent être régulièrement réappliqués, produisant des déchets supplémentaires. Le coût d'application des revêtements de lubrifiant solide est plutôt élevé et en raison de l'épaisseur finie, ils ne durent pas très longtemps et doivent également être réappliqués coûteux.

D'autre part, les revêtements en flocons de graphène ne sont pas nocifs pour l'environnement et peuvent durer très longtemps en raison de la capacité des flocons à se réorienter lors des premiers cycles d'usure, fournissant un faible COF pendant le glissement.

Sumant et Erdemir ont estimé que la réduction de la perte d'énergie due au frottement offerte par les nouveaux matériaux entraînerait une économie d'énergie potentielle de 2,46 milliards de kilowattheures par an, équivalent à 420, 000 barils de pétrole.

"L'application ou la réapplication du revêtement de graphène ne nécessite aucune étape de traitement supplémentaire autre que de simplement saupoudrer une petite quantité de solution sur la surface d'intérêt, rendre ce processus simple, rentable, et respectueux de l'environnement, " a déclaré Diana Berman, chercheur postdoctoral au Centre des matériaux nanométriques (CNM) d'Argonne.

"Il est intéressant de voir comment un matériau d'un atome d'épaisseur affecte les propriétés à plus grande échelle, " a déclaré Sumant. " Je crois que le graphène a un potentiel en tant que lubrifiant solide dans l'industrie automobile et, une fois pleinement développé, cela pourrait avoir des impacts positifs sur de nombreuses applications mécaniques qui pourraient conduire à d'énormes économies d'énergie."

Sumant est associé au CNM d'Argonne, tandis qu'Erdemir travaille pour la division Systèmes énergétiques d'Argonne. Le financement est venu du bureau de recherche et développement dirigé par le laboratoire d'Argonne.

L'équipe a récemment publié ses conclusions dans deux articles consécutifs dans la revue à fort impact Carbone .