Superlubrificantes: Estado sem atrito é alcançado em macroescala

Redação do Site Inovação Tecnológica - 25/07/2024

Esquema da preparação do pó de biorresíduos e da deposição de nanocristais de carbono por um tratamento em alta temperatura.
[Imagem: Tabiri Kwayie Asumadu et al. - 10.1016/j.apmt.2024.102140]

Superlubricidade

Uma abordagem inovadora para reduzir o atrito em superfícies metálicas promete se tornar um avanço significativo com grandes impactos no mundo real.

O avanço envolve a superlubricidade, um estado praticamente sem atrito que até agora se acreditava que só seria alcançável em nanoescala.

Tabiri Asumadu e colegas do Instituto Politécnico Suny, nos EUA, demonstraram agora que a superlubricidade ser mantida em macroescala por longos períodos de tempo, sob condições atmosféricas regulares. E, para isso, a equipe usou revestimentos de carbono produzidos de forma sustentável, feitos a partir de resíduos biológicos.

Para se dar conta da importância dessa descoberta, basta lembrar o exemplo da indústria automotiva, onde mais de 30% do combustível nos veículos de passageiros é utilizado para superar o atrito, ou na maquinaria industrial, onde poderá ajudar a reduzir o desgaste dos equipamentos. Até mesmo nos dispositivos eletrônicos, o atrito em escala mínima pode apresentar desafios que se somam até a macroescala, e novos revestimentos podem ajudar a aliviar o problema.

"Esta pesquisa poderá realmente afetar a maioria das indústrias," disse o professor Asumadu. "Dos setores biomédicos aos de energia e a quase todos os tipos de produção, esta abordagem pode ajudar a prolongar a vida útil das peças das máquinas, reduzir os custos de manutenção e substituição e criar um futuro industrial mais sustentável."

• Descrição inédita sobre origem do atrito pode dispensar lubrificantes

É o melhor resultado já obtido até agora, mas é sobretudo a demonstração definitiva de que a superlubricidade pode ocorrer em macroescala, em condições práticas.
[Imagem: Tabiri Kwayie Asumadu et al. - 10.1016/j.apmt.2024.102140]

Superlubrificante de carbono

A equipe obteve resultados experimentais e computacionais de atrito ultrabaixo - próximo de zero - usando camadas de carbono depositadas em substratos metálicos, incluindo aços estruturais e ligas de titânio (Ti) e níquel (Ni).

Mesmo com os revestimentos de carbono sendo estruturalmente desorientados nas superfícies metálicas, a superlubricidade em macroescala foi demonstrada e sustentada ao longo de centenas de milhares de ciclos de teste.

Os revestimentos são formados por nanocristais de carbono, embora análises detalhadas tenham registrado ocorrências de flocos de grafeno. Os nanocristais de carbono deformam-se, achatam-se e coalescem nas trilhas de desgaste, formando filmes de grafite, que é basicamente um empilhamento de folhas individuais de grafeno. Mas o resultado obtido agora foi muito superior ao atrito próximo de zero demonstrado no grafeno em 2015, que funcionou apenas em nanoescala.

Embora o grafite seja um material largamente usado como lubrificante, os resultados foram muito além dos lubrificantes tradicionais, tendo sido registrado um coeficiente de atrito de ~0,003, categorizado como "superlubrificante". O revestimento apresentou uma vida útil de aproximadamente 150.000 ciclos, com taxas de desgaste reduzidas em substratos de Ni e aço.

Além dos experimentos, a equipe gerou simulações atomísticas que forneceram informações que irão ajudar a projetar revestimentos de carbono superlubrificantes em macroescala robustos e de baixo custo, depositados sobre diferentes substratos metálicos. Finalmente, a equipe destaca a matéria-prima usada na produção dos revestimentos, biorresíduos, que são uma fonte de carbono interessante para uma economia circular que pretenda utilizar a reciclagem de materiais para reduzir a pegada de carbono global.

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