Tăng cường khả năng trơn trượt của vật liệu bằng graphene 3D

Mặc dù graphene chưa làm được cuộc cách mạng công nghệ trong thế giới của chúng ta, nhưng những ứng dụng mới như cảm biến siêu nhỏ, màn hình điện tử linh hoạt, vật liệu nano dựa trên graphene vẫn đang được kiên định nghiên cứu phát triển.

Một nhóm các nhà nghiên cứu thuộc Đại học Khoa học và Công nghệ Hà Nam và Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc trong một bài báo gần đây, đăng tải trên tạp chí Vật liệu Kỹ thuật tiên tiến (Advanced Engineering Materials) cho biết đang nghiên cứu phương pháp tái chế vật liệu, phát triển trên cấu trúc graphene 3D xốp thành vật chất trơn trượt  dạng rắn cho các mục đích kỹ thuật.

Theo báo cáo của các nhà khoa học, các hạt nano được sử dụng rộng rãi để cải thiện tính chất của vật liệu trong nhiều ứng dụng khác nhau. Nhưng độ bền hạn chế của vật liệu trong điều kiện làm việc khắc nghiệt gây khó khăn trong việc ứng dụng nano để phát triển chất trơn trượt.

Trong nghiên cứu, các nhà khoa học Trung Quốc phát hiện graphene 3D có hiệu quả rất cao, chất độn kích thước nano có những tính năng tiên tiến như độ bền vượt trội và khả năng chống mài mòn tuyệt vời.

Khởi điểm ban đầu của nghiên cứu, các nhà khoa học tuyên bố rằng hầu hết các vật liệu nano polymer, gia cường bằng graphene có tính ma sát cao, ảnh hưởng tiêu cực đến tính ổn định lâu dài của vật liệu. Nhóm nhà khoa học tăng cường thêm những chất độn khác như sáp parafin nhằm tối ưu hóa vật chất, giảm ma sát và chống mài mòn.

Nhưng nhóm nghiên cứu gặp trở ngại do rất khó đạt được sự phân tán đồng đều hoàn toàn do mật độ khác nhau giữa chất độn và ma trận phân tử của vật liệu. Theo giáo sư Bingli Pan, một trong những tác giả chủ chốt của nghiên cứu những thách thức lớn nhất là sản xuất chất độn trơn graphene 3D xốp và duy trì cấu trúc của vật liệu trong bước phản ứng trùng hợp để tạo lên hợp chất cao phân tử.

Sử dụng bọt polyurethane và graphene oxide có cấu trúc graphene 3D

Quá trình chuyển hóa bọt polyurethane trở thành vật liệu độn trơn trượt bằng

Trong quá trình tìm tòi, các nhà nghiên cứu tìm được phương án đặc biệt, sử dụng bọt polyurethane của xe ô tô và graphene oxide làm vật liệu độn.

Những thử nghiệm ban đầu cho thấy hỗn hợp có tính chịu ma sát, độ trơn trượt và độ bền rất cao. Khả năng chống mòn của vật liệu tổng hợp cao hơn 160 lần so với vật liệu ma trận đơn thuần.

Ông Bingli Pan cho biết: Tính Ma sát học của hợp chất composite rất xuất sắc ngay cả trong điều kiện hoạt động khắc nghiệt, chỉ cần một lượng nhỏ chất độn graphene để hình thành những cấu trúc ba chiều, có thể tiết kiệm rất nhiều chi phí trong sản xuất.

Nhờ đó composite có thể được sử dụng chế tạo các bộ phận trượt dưới tải trọng cao hoặc có vận tốc trượt cao, thường được ứng dụng trong các ngành công nghiệp và nhiều lĩnh vực trong tương lai.

Nghiên cứu đang diễn ra tập trung vào tỷ lệ và hàm lượng tối ưu giữa graphene và chất bôi trơn trong hỗn hợp composite. Nhưng các nhà khoa học hy vọng rằng nghiên cứu này mở ra những khái niệm mới về thiết kế vật liệu tổng hợp graphene 3D, được sử dụng trong điều kiện hoạt động khắc nghiệp với tải trọng lớn.