un nouveau nanomatériau offre des performances optimales dans des situations extrêmes, comme l’a démontré TU Wien (Vienne) avec des partenaires internationaux – Technoguide

Vous pouvez lubrifier une chaîne de vélo avec de l’huile, mais que faites-vous avec un rover Mars ou un tapis roulant chauffé au rouge dans l’industrie sidérurgique? Des nanomatériaux très spéciaux ont maintenant été étudiés par la TU Wien en collaboration avec des groupes de recherche de Sarrebruck (Allemagne), de l’Université Purdue aux États-Unis et de l’Universidad de Chile (Santiago, Chili).

La classe de matériaux des MXènes (prononcé «maxène») a fait beaucoup de bruit ces dernières années en relation avec les nouvelles technologies de batterie. Mais il s’avère maintenant qu’ils sont également un excellent lubrifiant solide, extrêmement durable et remplissant sa tâche même dans les conditions les plus difficiles. Ces propriétés remarquables des MXènes ont maintenant été publiées dans la revue ACS Nano.

Comme une pile de feuilles de papier

Tout comme le matériau carboné graphène, les MXènes appartiennent à la classe des matériaux dits 2D: leurs propriétés sont essentiellement déterminées par le fait qu’il s’agit de couches ultra-minces, monocouches atomiques, sans liaisons fortes avec la couche supérieure ou inférieure.

«Vous commencez d’abord par les phases dites MAX, qui sont des systèmes de couches spéciaux constitués de titane, d’aluminium et de carbone, par exemple», déclare le professeur Carsten Gachot, chef du groupe de tribologie à l’Institut de conception technique et de développement de produits à TU Wien. “L’astuce cruciale est de décaper l’aluminium avec de l’acide fluorhydrique.”

Ce qui reste alors est une pile de couches atomiquement minces de titane et de carbone qui se superposent lâchement, un peu comme des feuilles de papier. Chaque couche est relativement stable en soi, mais les couches peuvent facilement être décalées les unes contre les autres.

Cette capacité de déplacement des couches atomiques entre elles fait du matériau un excellent lubrifiant sec: sans générer d’abrasion, un glissement à très faible résistance est rendu possible. Le frottement entre les surfaces en acier pourrait ainsi être réduit à un sixième – et avec une résistance à l’usure exceptionnellement élevée: même après 100 000 cycles de mouvement, la couche lubrifiante MXene fonctionne toujours sans problème.

C’est parfait pour une utilisation dans des conditions difficiles: alors que l’huile lubrifiante s’évapore immédiatement sous vide lors de missions spatiales, par exemple, du MXene sous forme de poudre fine peut également y être utilisée.

Indépendant de l’atmosphère et de la température

«Des choses similaires ont été essayées avec d’autres matériaux à couche mince, comme le graphène ou le bisulfure de molybdène», explique Carsten Gachot. “Mais ils réagissent de manière sensible à l’humidité de l’atmosphère. Les molécules d’eau peuvent modifier les forces de liaison entre les différentes couches. Avec les MXènes, en revanche, cela joue un rôle moindre.”

Un autre avantage décisif est la résistance à la chaleur des MXènes: «De nombreux lubrifiants s’oxydent à haute température et perdent leur pouvoir lubrifiant. Les MXènes, par contre, sont beaucoup plus stables et peuvent même être utilisés dans l’industrie sidérurgique, où les pièces mobiles mécaniquement atteindre une température de plusieurs centaines de degrés Celsius », explique Gachot.

Le lubrifiant en poudre a été étudié dans plusieurs expériences à la TU Wien par le Dr Philipp Grützmacher du groupe de recherche du professeur Gachot ainsi qu’à l’Université de la Sarre à Sarrebruck et à l’Université Purdue aux États-Unis. A l’autre bout du monde, le professeur Andreas Rosenkranz au Chili a joué un rôle majeur dans le lancement et la conception des travaux.

«L’industrie est également déjà très intéressée par ces matériaux. Nous supposons que de tels MXènes pourront bientôt être produits à plus grande échelle», déclare Carsten Gachot.

Source de l’histoire:

Matériel fourni par l’Université de technologie de Vienne. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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