Nadpozemská síla superlubrikantu. ČVUT vyvíjí materiál, který umožní pohnout tisícitunovými objekty jednou rukou

cvut-2d-materialy5

Foto: ČVUT

Prof. Tomáš Polcar, vedoucí týmu, který vyvíjí superlubrikant

Experti z katedry řídicí techniky na Fakultě elektrotechnické ČVUT představili unikátní objev superlubrikantu. Speciální dvourozměrné mazadlo má tak nízký součinitel tření, že by s jeho použitím dokázala objektem o váze tisíc tun pohnout síla jediné paže. Materiál, který dokáže nahradit olej a snižovat cenu součástek, však v běžné praxi jen tak neuvidíme.

Psal se rok 1975 a na Mostecku se odehrál malý zázrak. Tamní kostel Nanebevzetí Panny Marie se dal do pohybu a během necelého měsíce se posunul o 840 metrů. Nejednalo se však o zásah vyšší moci, ale o technologicky a finančně extrémně náročnou operaci, během které se podařilo zachránit památku ohroženou těžbou uhlí.

O přesun kostela se v té době postaraly speciálně navržené kolejové dopravníky. Kdyby se k podobné akci přistoupilo dnes, možná by se inženýři obrátili na tým expertů z ČVUT. Specialisté z tamní katedry řídicí techniky totiž představil materiál, po kterém by i takový kostel klouzal jako po másle. A ještě by k jeho uvedení do pohybu stačil jediný člověk. To vše díky tření, které má tento materiál vůbec nejmenší na světě.

Právě tření je důvodem, proč dochází k opotřebení nejrůznějších částí mechanických zařízení. Způsobuje ale i ztrátu energie a podle ČVUT může být na překonání tření při provozu strojů vynaloženo až 20 % energie. Aby byla její spotřeba i opotřebení co nejnižší, tak se používají maziva. Ta ovšem nejsou vhodná pro všechny druhy zařízení.

cvut-2d-materialy4

Foto: ČVUT

2D materiál, který chtějí vědci využít jako mazadlo

Vědci proto začali zkoumat vlastnosti takzvaných 2D materiálů, tedy takových s tloušťkou několika málo vrstev atomů. „Díky tomu, že jim de facto chybí třetí rozměr, jsou jejich fyzikální vlastnosti jiné než u běžných typů materiálů. Mají například jiné optické a elektrické vlastnosti, takže se využívají v laserech nebo jiných optických zařízeních,“ vysvětluje Tomáš Polcar, vedoucí skupiny pokročilých materiálů, která má objev na svědomí.

„Z našeho úhlu pohledu spočívá jejich výhoda v tom, že nemají téměř žádnou hmotnost a tloušťku. Pokud tedy mluvíme o jejich aplikaci jako maziva, není nutné nijak měnit design výrobku,“ dodává.

Vědci na sebe navrstvili materiály jako je grafen, nitrid boritý či sulfid molybdeničitý. Součinitel tření výsledného materiálu je pouhá jedna miliontina, což je prozatím světový rekord, díky kterému se o tomto objevu píše i v prestižních vědeckých časopisech.

„S tak nízkým třením bychom teoreticky dokázali rukou posunout objekt vážící tisíc tun,“ říká Polcar. Dodává však, že v současné době je tento materiál využíván především pro výzkumy na akademické půdě. Jeho tým je ovšem schopen vytvořit kus tohoto materiálu o přibližné velikosti listu papíru. A to otevírá možnosti testování přímo v průmyslu.

cvut-2d-materialy3

Foto: ČVUT

Mengzhou Liao má v projektu na starosti experimentální měření

„Umím si představit, že vezmeme poměrně velký kus takového materiálu a zabalíme do něj konkrétní součástku. Tím pádem ji dokážeme chránit před vnějšími vlivy anebo snížíme tření jejího povrchu. Věřím proto, že dvourozměrné materiály, a především jejich kombinace, mají budoucnost v celé řadě směrů,“ vysvětluje Polcar.

Nejdříve bychom se jej mohli dočkat v konstrukcích elektronických součástek, později také ve strojním inženýrství, na které se tým z ČVUT specializuje. Podle Polcarových odhadů by si měly 2D materiály najít cestu přímo do praxe během deseti let. V této budoucnosti by mohly nahradit oleje a přispět k výrazně jednoduššímu designu součástek. Ve finále by tak mohla být součástka lehčí a také levnější a v neposlední řadě by měla mít i vyšší životnost.

Mezi konkrétní příklady Polcar zařazuje vesmírné projekty, kde by tento materiál mohl být přítomen v ložiscích telekomunikačních satelitů nebo u soustavy tyčí, které slouží pro vypouštění satelitů z rakety. Existují však i daleko prozaičtější možnosti využití.

cvut-2d-materialy2

Foto: ČVUT

Jeden z laboratorních přístrojů, které pomáhají ve výzkumu

„Když někam šroubujeme šroubek, stává se, že se v závitu zasekne nebo zrezne. Pokud bychom ho obalili touto fólií, jeho opětovné vyšroubování by nebyl žádný problém. To asi nikdy nepoužijeme doma, ale v optickém průmyslu je podobných řešení velká poptávka. Možností je opravdu celá řada,“ dodává Polcar.

Na projektu s ním spolupracují vědci Mengzhou Liao, Paolo Nicolini a Victor Claerbout, kteří potvrzují, že tato technologie do Prahy láká vědce z celého světa. Ti mají před sebou ještě pořádný kus cesty, pokud ale vše půjde dobře, možná právě tato technologie výrazně promění podobu mechanických součástek budoucnosti.

Rubriku Tech podporujítrask-retinasazka