Phát triển lớp phủ ‘siêu bôi trơn’ làm giảm đáng kể ma sát giữa các bộ phận kim loại

Bước đột phá này có tiềm năng mang lại hiệu quả tiết kiệm nhiên liệu tốt hơn, kéo dài tuổi thọ các bộ phận chuyển động và mang lại khoản tiết kiệm khổng lồ trong vô số ngành công nghiệp. Bất chấp lợi ích mà chúng mang lại cho chúng ta, các bộ phận chuyển động bên trong máy móc cũng đi kèm vấn đề về ma sát.

Theo một nghiên cứu vừa được các nhà khoa học từ nhiều tổ chức khác nhau ở châu Phi và Hoa Kỳ công bố, ma sát là nguyên nhân tiêu thụ khoảng một phần năm tổng năng lượng được tạo ra trên toàn cầu mỗi năm. Thiệt hại do ma sát trong máy móc chiếm từ một đến bốn phần trăm GDP của các nền kinh tế công nghiệp. Trong ngành công nghiệp ô tô, các nhà nghiên cứu cho biết khoảng 30% nhiên liệu đưa vào xe chở khách được sử dụng để khắc phục ma sát.

Do đó, việc giảm ma sát có thể tác động lớn đến chi phí làm việc với máy móc và có khả năng tiết kiệm nhiên liệu sử dụng trong quá trình vận hành ô tô. Nhóm nghiên cứu do Chủ tịch Viện Bách khoa SUNY của New York Winston Soboyejo và nhà nghiên cứu sau tiến sĩ Tabiri Kwayie Asumadu dẫn đầu đã quyết định giải quyết thách thức về ma sát bằng cách tập trung vào một khái niệm được gọi là “siêu bôi trơn”. Siêu bôi trơn là tình trạng ma sát gần bằng không giữa hai vật liệu khô, chuyển động tiếp xúc với nhau.

Cho đến nay, hành vi siêu trơn chỉ được nhìn thấy giữa các hạt siêu nhỏ ở cấp độ nano. Tuy nhiên, nghiên cứu mới cho thấy hiện tượng này có thể xảy ra ở cấp độ vĩ mô. 

Để làm cho nó hoạt động, các nhà nghiên cứu đã lắng đọng carbon có nguồn gốc từ cây sắn lên bề mặt kim loại bằng quy trình xử lý chất thải sinh học nhiệt độ cao chi phí thấp. Khi carbon liên kết với kim loại, nó có dấu chân của graphene, vật liệu bao gồm một lớp nguyên tử carbon duy nhất. Vật liệu này lấp đầy các rãnh do hao mòn, tạo ra các điểm tiếp xúc chỉ có graphene bảo vệ kim loại bên dưới. Trong các thử nghiệm, carbon liên kết với thép và chất nền niken tạo ra trạng thái hầu như không có ma sát và vẫn bền bỉ trong điều kiện bình thường trong khoảng 150.000 chu kỳ.

“Nghiên cứu này thực sự có thể tác động đến hầu hết ngành công nghiệp. Từ các ngành y sinh đến năng lượng cho đến mọi loại hình sản xuất, phương pháp này có thể giúp kéo dài tuổi thọ các bộ phận máy móc, giảm chi phí bảo trì và thay thế, đồng thời tạo ra một tương lai công nghiệp bền vững hơn”, Asumadu cho biết.

 Hà My