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En los últimos años, la categoría de material de Mxenes (pronunciada "maxeno") ha causado un revuelo en conexión con nuevas tecnologías de batería. Pero ahora también están demostrando ser un excelente lubricante sólido, extremadamente duradero y capaz de realizar sus tareas incluso en las condiciones más difíciles. Estas propiedades superiores de Mxenos ahora se han publicado en el prestigioso ACS Nano Journal.
Al igual que el grafeno del material de carbono, Mxene cae en la categoría de los llamados materiales 2D: son capas ultra delgadas de átomos individuales y no tienen enlaces fuertes a las capas superiores o inferiores.
La profesora Carsten Gachot, directora del Grupo de Tribología del Instituto de Diseño de Ingeniería y Desarrollo de Productos de TU, dice que primero comienza con la llamada etapa máxima, que es un sistema de capas especiales compuestas de titanio, aluminio y carbono. El truco clave es grabar aluminio con ácido hidrofluórico.
Entonces, lo que queda es un montón de átomos y capas delgadas de titanio y carbono que se apilan libremente como trozos de papel. Cada capa es relativamente estable por sí sola, pero las capas pueden moverse fácilmente entre sí.
Esta portabilidad entre las capas atómicas hace que el material sea un excelente lubricante seco: el deslizamiento con muy baja resistencia se puede lograr sin causar desgaste. Como resultado, la fricción entre las superficies de acero puede reducirse a un sexto, y la resistencia al desgaste es extremadamente alta: la capa de lubricación de mxeno todavía funciona correctamente incluso después de 100,000 ciclos de movimiento.
Esto es ideal para su uso en condiciones difíciles: en vuelo espacial, por ejemplo, el aceite lubricante se evapora inmediatamente en el vacío, pero el mxeno en forma de polvo fino también se puede usar allí.
No tiene nada que ver con la atmósfera o la temperatura
Carsten Gachot dice que se han probado enfoques similares para otros materiales de película delgada, como el grafeno o el disulfuro de molibdeno. Pero responden con sensibilidad a la humedad en la atmósfera. Las moléculas de agua pueden cambiar la fuerza de unión entre las capas. Para Mxene, por otro lado, tiene menos efecto.
Otra ventaja decisiva es la resistencia al calor de los mxenos, ya que muchos lubricantes oxidan y pierden su lubricidad a altas temperaturas. Mxenos, por otro lado, es más estable e incluso se puede usar en la industria del acero, donde las piezas que a veces se mueven mecánicamente a veces alcanzan temperaturas de varios cientos de grados centígrados.
El Dr. Philip Grutzmacher del Grupo de Investigación del Profesor Gachot, junto con la Universidad de Saarbruken en Saarbruken y la Universidad de Purdue en los Estados Unidos, estudió el lubricante de polvo en varios experimentos en Tu Wien. En el otro lado del mundo, el profesor Andreas Rosenkranz en Chile fue fundamental para iniciar y diseñar este trabajo.
Carsten Gachot dice que también ha habido un interés significativo en los materiales de la industria. Creemos que este mxeno puede producirse en masa muy rápidamente.
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