Ett nytt tvådimensionellt nanomaterial, Mxen, kan också fungera som ett smörjmedel i extrema temperaturer eller rymdvakuumet

Under de senaste åren har Mxenes materialkategori (uttalad "maxen") orsakat en rörelse i samband med nya batteritekniker. Men nu visar de sig också vara ett utmärkt fast smörjmedel, extremt hållbart och kapabel att utföra sina uppgifter även under de svåraste förhållandena. Dessa överlägsna egenskaper hos MXENES har nu publicerats i den prestigefyllda ACS Nano Journal.

Ust som kolmaterialgrafen faller Mxen i kategorin så kallade 2D-material: de är ultratunna skikt av enstaka atomer och har inga starka bindningar till de övre eller nedre skikten.



Professor Carsten Gachot, chef för Tribology Group vid TU: s Institute of Engineering Design and Product Development, säger att du först börjar med det så kallade Max-scenen, som är ett system med speciallager som består av titan, aluminium och kol. Det viktigaste tricket är att etsa aluminium med hydrofluorsyra.



Vad som finns kvar är ett gäng atomer och tunna lager av titan och kol som är löst staplade som pappersbitar. Varje lager är relativt stabilt på egen hand, men skikten kan enkelt röra sig relativt varandra.

Denna portabilitet mellan atomlager gör materialet till ett utmärkt torrt smörjmedel: glidning med mycket lågt motstånd kan uppnås utan att orsaka slitage. Som ett resultat kan friktionen mellan stålytorna reduceras till en sjätte, och slitmotståndet är extremt hög: mxensmörjskiktet fungerar fortfarande ordentligt även efter 100 000 rörelsescykler.



Detta är idealiskt för användning under svåra förhållanden: i rymdflygning, till exempel, smörjolja avdunstar omedelbart i ett vakuum, men mxen i fin pulverform kan också användas där.



Det har inget att göra med atmosfär eller temperatur



Carsten Gachot säger att liknande tillvägagångssätt har testats för andra tunna filmmaterial, såsom grafen eller molybden disulfid. Men de svarar känsligt på fukt i atmosfären. Vattenmolekyler kan ändra bindningskraften mellan skikten. För mxen har det å andra sidan mindre effekt.



En annan avgörande fördel är mxenes värmemotstånd, eftersom många smörjmedel oxiderar och förlorar sin smörjning vid höga temperaturer. MXENES, å andra sidan, är mer stabil och kan till och med användas i stålindustrin, där delar som ibland rör sig mekaniskt ibland når temperaturer på flera hundra grader Celsius.



Dr Philip Grutzmacher från professor Gachots forskargrupp, tillsammans med University of Saarbruken i Saarbruken och Purdue University i USA, studerade pulversmörjmedlet i flera experiment vid Tu Wien. På den andra sidan av världen var professor Andreas Rosenkranz i Chile instrumental för att initiera och utforma detta arbete.



Carsten Gachot säger att det också har varit ett stort intresse för material från industrin. Vi tror att denna mxen kan massproduceras mycket snabbt.