Sử dụng kim cương nano vỡ để tạo ra dầu nhờn khô siêu bền, ma sát rất thấp

Một nhóm các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm quốc gia Argonne thuộc Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE) đã kết hợp kim cương nano với các lớp disulfide molypden hai chiều để sản xuất loại dầu nhờn siêu bền, có độ ma sát rất thấp với hàng trăm ứng dụng trong thực tế.

Dầu nhờn khô là một công cụ cần cho các kỹ sư thời hiện đại với một số ưu điểm vượt trội so với dầu nhờn lỏng. Không giống như mỡ và dầu, dầu nhờn khô không phải hoạt chất hóa học, không bị rò rỉ và không bắt bụi. Ngoài ra, dầu nhờn khô không bị hỏng ở nhiệt độ cao và một số loại dầu nhờ còn hoạt động trong môi trường chân không, trong đó, chất lỏng sẽ bay hơn hoặc làm đóng băng chất rắn.

Một trong những loại dầu nhờn rắn phổ biến nhất là bột graphit hoặc bột nhão, được tạo thành từ các phân tử cacbon giống như tấm mỏng với các phân tử nước hoạt động giữa chúng đóng vai trò như các vòng bi cực nhỏ. Bột graphit được sử dụng để bôi trơn ổ khóa, tay nắm cửa và xích xe đạp, cũng như trong môi trường nhiệt độ hoặc áp suất cao. Tuy nhiên, có nhiều loại dầu nhờn khô lạ hơn.

Cách đây ba năm, một nhóm nghiên cứu do Anirudha Sumant thuộc khoa Khoa học nano và Công nghệ tại Phòng thí nghiệm Argonne dẫn đầu, đã phát hiện ra rằng trộn graphene với kim cương nano lần đầu tiên cho có thể được thực hiện để tạo ra sản phẩm có tính chất siêu nhờn và ma sát gần như bằng không. Giờ đây, nhóm nghiên cứu của ông Sumant đã tiến bước xa hơn bằng cách thay thế graphene bằng molybdenum disulfide, dầu nhờn khô thông dụng khác được sử dụng phổ biến trong ngành công nghiệp không gian, vì nó hoạt động tốt trong môi trường chân không.

Khi kết hợp với molypden disulfide, kim cương nano tự động vỡ và tạo thành những quả bóng cacbon giống như củ hành. Nguyên nhân là do các phân tử disulfide molybdenum đã được phân tách thành molybdenum và lưu huỳnh, phản ứng với kim cương nano để tạo thành các quả bóng phân lớp bằng cách tăng ứng suất lên cấu trúc tinh thể của chúng. Kết quả là tạo thành loại dầu nhờn khô mới trơn gấp 10 lần so các chất fluoropolyme như Teflon, có thể duy trì áp suất tiếp xúc ở mức cao nhưng rất ít hao mòn và bóc tách mà không cần được sử dụng dưới dạng màng mỏng.

Theo nhóm nghiên cứu, loại dầu nhờn khô mới có giá thành tương đối rẻ dù disulfide molypden đắt hơn graphene vì cần rất ít disulfide molypden để cho kết quả như mong đợi. Ngoài ra, dầu nhờn khô không chứa các hóa chất độc hại và có thể tự điều chỉnh có hiệu quả trong quá trình sử dụng. Nhóm nghiên cứu cho rằng công nghệ dầu nhờn khô đã được cấp bằng sáng chế có nhiều ứng dụng như cho vòng bi, phớt máy bơm, tuabin gió và ổ đĩa từ.