阿貢國家實驗室：石墨烯，固體潤滑劑的有效替代品

任何曾經開車換過油的人，都明白減少汽車各部件間摩擦的重要性。美國能源部（DOE）阿貢國家實驗室的研究人員多年來一直致力於用石墨烯等固體潤滑劑替代石油，以減少零件間的摩擦。石墨烯是一種成本更低、效果更好的潤滑劑替代品，其使用壽命也更長。

阿貢國家實驗室指導研究和研發項(LDRD)目給了他們實驗所需的種子資金，最初對研究員Anirudha Sumant和Ali Erdemir的工作進行了資助。

石墨烯也可以用來更好地保護球軸承。我們知道：當軸承暴露於水中時，隨著時間推移軸承表面會發生腐蝕。這一過程通常被稱為摩擦腐蝕。阿貢實驗室基於石墨烯的研究結果表明：由於添加了若干層石墨烯，不僅鋼與鋼之間摩擦值減少了7倍、磨損量減少了10000倍，同時還顯著緩解了摩擦腐蝕問題。

圖片來源：阿貢國家實驗室

通過製造出石墨烯封裝的鑽石滾珠軸承，或者「捲軸」，Sumant的團隊找到了一種將納米級的超潤滑性轉化為宏觀現象的方法。

「與其他現有固體潤滑劑塗層相比，這是一項重大改進。」Sumant說道。「而且所需石墨烯數量非常少。因此，成本要低得多。另外一個極大的附加收益就是：由於消除了石油浪費，相對來說會更加環保。」

Sumant及其同事的研究工作對汽車行業產生了深遠影響。它可以幫助風力渦輪機更為有效地運轉，從而使其能夠產生更多能量。當能源設備從地面或海上泵出石油或天然氣時，它還可以更好地對機器進行密封。

由納米材料中心的研究員——Sumant領導的阿貢實驗室團隊，後來又從美國能源部獲得了額外的兩筆撥款，總額達140萬美元。

正是通過最初的LDRD資助，他們認識到石墨烯是一種新興的固體潤滑劑，而且與目前的油基和其他固體潤滑劑（包括石墨潤滑劑甚至類金剛石碳）工作方式不同。

石墨烯不僅性能更好，而且性價比更高。即使是中等質量的石墨烯也非常適合摩擦學應用，但是對各種電子和感測器的應用卻並非如此。

傳統固體潤滑劑塗層的大部分成本與應用它所需的基礎設施有關，包括運行相關機器的電力和機器的維護。石墨烯不是這樣，石墨烯可通過在空氣中噴洒溶液來施加，並且可塗覆任何的複雜形狀或尺寸，同時還可以在較大的表面積上應用。

為了將他們的發現引進市場，Sumant和他的團隊目前正在與兩個不同行業的不同公司進行合作。

第一家是世界領先的機械泵密封件供應商之一。它正與科學家進行合作，試圖用石墨烯代替碳化硅密封件。這樣的話，可以顯著減少零件磨損和摩擦。

該團隊還計劃與汽車行業的另一家公司合作，該公司使用模具製造汽車零件，包括門板。阿貢實驗室研究人員正在尋求開發一種新型潤滑劑，這種潤滑劑可以減少金屬成型應用中的摩擦，從而降低汽車製造成本。

阿貢國家實驗室的LDRD項目經理Vivian Sullivan表示，石墨烯實驗是基礎科學如何在實驗室之外用於實際手段的一個很好的例子。

「像這樣具有實際應用的發現正是DOE所尋求的，」她說道。「這就是為什麼該部門在首輪LDRD資金支持後，又對該項目進行資助的原因。」

LDRD支持高風險、潛在高價值的研究和開發。它鼓勵新穎技術概念的創造，並持續致力於提高國家實驗室實力，以實現自身及聯邦資助機構的目標。

「這是實驗室不斷重振研究的主要方式之一，」阿貢實驗室高級科學顧問兼美國能源部科學用戶設施辦公室納米材料中心和納米科技部門主任Supratik Guha這樣說道。

LDRD的項目資金也幫助Sumant和他的團隊獲得了一個特殊設備——多功能摩擦計，可利於高溫階段研究工作的開展。這有助於研究兩個表面間幾乎無法估量的摩擦、磨損和力。

該設備現已在納米材料中心擁有一塊永久性歸屬地，並將很快向外部用戶開放。

原文來自nanowerk.，原文題目：Graphene - slippery when dry，由材料科技在線團隊翻譯整理

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