石墨烯润滑油比传统润滑油更持久

石墨烯润滑油比传统润滑油更持久

每当谈到机械，只要可能，科学家和工程师总想找到克服摩擦的方法来延长机械零件寿命。传统润滑油在减少摩擦方面通常有化学的局限性。最近美国能源部阿尔贡国家实验室找到了一种属性优异，极耐磨物质，可适用于更广泛的环境中工作中，这就是石墨烯。

纳米科学家Anirudha Sumant和他的在阿贡的纳米材料中心和阿贡的能源系统部门的同事将二维材料单单原子厚度的石墨烯应用到钢球和钢磁盘中。他们发现的单层石墨烯可以持续了超过6500个“磨损周期”，大幅改善传统如石墨或二硫化钼润滑剂。

Sumant说，“相比之下，1000层传统的润滑油只能持续大约1000个磨损周期。石墨烯的应用在节约成本和性能方面占据着巨大的优势。”“石墨用作工业润滑剂已经超过40年，但并不是没有缺点。”Sumant解释道。“因为石墨只能在潮湿的环境中起作用，如果换做一个干燥的环境中，那么不会那么有效，这是非常局限的。”

这主要是由于石墨的三维结构不像石墨烯。潮湿的空气中的水分子在石墨层间造成润滑的效果。当空气中没有足够的水分子，那么材料就会失去滑性。而另一个常见的润滑剂，二硫化钼，存在相反的问题。它的工作环境是在干燥的环境中而不是在湿的。“所以本质上的挑战是找到一个可以适用于机械系统里的通用润滑剂。”他说。“石墨烯的二维结构，给了它一个重要的优势。石墨烯材料能够仅仅贴在不锈钢球表面，这层膜即使是氢原子也无法穿透它，”

Sumant和他的同事们发现，只需几层石墨烯就可以同时在潮湿和干燥环境中作为固体润滑剂，可谓是一个完美的固体润滑剂，解决了40年来的难题。然而，团队想要走得更远，希望只利用一层石墨烯来完成润滑工作。当在一个充满氢气的气氛时，他们观察到一个戏剧性的寿命改善。当单层石墨烯最终开始磨损时，氢原子跃迁去修复晶格，就像把被子缝合在一起一样。这意味着单层石墨烯润滑剂可以保持永久性有效。

虽然之前有过研究人员做实验来理解单个的石墨烯的机械强度，但阿贡研究是第一个解释单原子厚度的石墨烯的非凡的耐磨性的研究团队。