Vous pouvez lubrifier une chaîne de vélo avec de l'huile, mais que faire d'un rover martien ou d'un tapis roulant chauffé au rouge dans l'industrie sidérurgique ? Des nanomatériaux très particuliers ont maintenant été étudiés par la TU Wien avec des groupes de recherche de Sarrebruck (Allemagne), Purdue University aux États-Unis et l'Universidad de Chile (Santiago, Chili).

La classe de matériaux des MXenes (prononcé "maxène") a fait sensation ces dernières années en ce qui concerne les nouvelles technologies de batterie. Mais il s'avère maintenant qu'ils sont également un excellent lubrifiant solide qui est extrêmement durable et remplit sa tâche même dans les conditions les plus difficiles. Ces propriétés remarquables de MXenes ont maintenant été publiées dans la célèbre revue ACS Nano .

Comme une pile de feuilles de papier

Tout comme le matériau carbone graphène, Les MXenes appartiennent à la classe des matériaux dits 2D :leurs propriétés sont essentiellement déterminées par le fait qu'il s'agit de couches ultra-minces, couches atomiques simples, sans liaisons fortes à la couche au-dessus ou au-dessous.

"Vous commencez d'abord par des phases dites MAX, qui sont des systèmes de couches spéciaux constitués de titane, aluminium et carbone, par exemple, " dit le Pr Carsten Gachot, chef du groupe de tribologie à l'Institut de conception technique et de développement de produits de la TU Wien. "L'astuce cruciale est de graver l'aluminium avec de l'acide fluorhydrique."

Ce qui reste alors est un empilement de couches atomiquement minces de titane et de carbone qui reposent lâchement les unes sur les autres, un peu comme des feuilles de papier. Chaque couche est relativement stable par elle-même, mais les couches peuvent facilement être décalées les unes contre les autres.

Cette mobilité des couches atomiques entre elles fait du matériau un excellent lubrifiant sec :sans générer d'abrasion, un glissement à très faible résistance est rendu possible. Le frottement entre les surfaces en acier pourrait ainsi être réduit d'un sixième - et avec une résistance à l'usure exceptionnellement élevée :même après 100, 000 cycles de mouvement, la couche lubrifiante MXene fonctionne toujours sans problème.

C'est parfait pour une utilisation dans des conditions difficiles :alors que l'huile lubrifiante s'évapore immédiatement dans le vide pendant les missions spatiales, par exemple, Le MXene sous forme de poudre fine peut également y être utilisé.

Indépendant de l'atmosphère et de la température

"Des choses similaires ont été essayées avec d'autres matériaux à couche mince, comme le graphène ou le bisulfure de molybdène, " explique Carsten Gachot. " Mais ils réagissent de manière sensible à l'humidité de l'atmosphère. Les molécules d'eau peuvent modifier les forces de liaison entre les couches individuelles. Avec MXenes, d'autre part, cela joue un rôle moindre."

Un autre avantage décisif est la résistance à la chaleur du MXenes :« De nombreux lubrifiants s'oxydent à haute température et perdent leur pouvoir lubrifiant. d'autre part, sont beaucoup plus stables, et peut même être utilisé dans l'industrie sidérurgique, où les pièces en mouvement mécanique peuvent parfois atteindre une température de plusieurs centaines de degrés Celsius, " explique Gachot.

Le lubrifiant en poudre a été étudié dans plusieurs expériences à la TU Wien par le Dr Philipp Grützmacher du groupe de recherche du professeur Gachot ainsi qu'à l'Université de la Sarre à Sarrebruck et à l'Université Purdue aux États-Unis. À l'autre bout du monde, Le professeur Andreas Rosenkranz au Chili a joué un rôle majeur dans le lancement et la conception du travail.

« Il existe également déjà un grand intérêt pour ces matériaux de la part de l'industrie. Nous supposons que de tels MXenes pourront bientôt être produits à plus grande échelle, ", dit Carsten Gachot.