Yeni Keşfedilen Malzeme, Dünya Dışı Araçlarda Aşınmayı ve Yıpranmayı Azaltabilir
NASA’nın geliştirdiği Mars Perseverance uzay aracı Mars yüzeyini keşfetmeye devam ederken, dünyada ise bilim insanları gelecekteki uzay araçlarında aşınma ve yıpranmayı azaltmak için ‘süper yağlayıcı’ görevi görebilecek yeni bir nano ölçekli metal karbür geliştirdiler.
Missouri Bilim ve Teknoloji Üniversitesi’nin kimya bölümünde ve Argonne Ulusal Laboratuvarı Nano Ölçekli Malzemeler Merkezi’nde MXene olarak bilinen iki boyutlu nano malzemeler sınıfıyla çalışan araştırmacılar, bu malzemelerin sürtünmeyi azaltmada iyi çalıştığını keşfettiler. Araştırmaya liderlik eden Missouri Bilim ve Teknoloji Üniversitesi kimya bölümü görevlisi Doç. Dr. Vadym Mochalin, malzemelerin ayrıca ekstrem ortamlarda geleneksel yağ bazlı yağlayıcılardan daha iyi performans sergilemesi gerektiğini de söyledi.
Mochalin, “Bu süper yağlayıcı malzemeler, şu anda Mars’ta Perseverance aracının deneyimlediği gibi ekstrem koşullarda geliştirilmiş, aşınma önleme ve yağlama uygulamaları için özel ilgi görüyor” dedi. Mochalin ve meslektaşları Materials Today Advances dergisinin Mart 2021 sayısında yayınlanan bir makalede (“2D geçiş metali karbürleri (MXene) ve MXene / grafen kaplamalarla süper yağlama elde etme”) keşiflerini anlattı.
Mochalin, bu araştırma ve Persevarence aracının Mars’a seyahati arasındaki ilişkiyi, uzay aracının inişini izledikten sonra kurduğunu söyledi.
“Aracın Mars yüzeyine inişini izlediğimde, ya tekerleklerin birindeki yağlayıcı başarısız olursa diye düşündüm. Sonra MXene malzemeleri üzerindeki çalışmamızla bağlantı kurdum, çünkü MXene malzemelerinin Mars’ta olana yakın olarak oksijen ve nemden yoksun bir atmosferde süper yağlama gösterdiğini yeni bulduğumuz aklımıza geldi ” dedi.
MXene (Maxin olarak telaffuz edilir) malzemeleri alışılmadık özelliklere sahip metal karbürlerdir. Örneğin, elektrik iletme yetenekleri onları; enerji depolama, algılama ve optoelektronikte kullanım için aday yapar. Malzemelerle ilgili bu son çalışmada, Mochalin ve ekibi belirli malzemelerle çalışarak katı yağlayıcı olarak ne kadar iyi davrandıklarını belirlemek için bir dizi test gerçekleştirdi.
Araştırmacılar, kumun ana bileşeni olan ince bir silika tabakası ile kaplanmış silikon substrat (disk) üzerine bir titanyum karbür MXene yerleştirerek, nanometre ölçeğinde bilyeli disk sürtünme testleri gerçekleştirdiler. Daha sonra MXene’nin aşınmaya karşı kabiliyetini, elmas benzeri karbon kaplı çelik bir bilye üzerinde kaydırarak test ettiler. Bu testler, nemi büyük ölçüde azaltılmış kuru azot ortamında gerçekleştirildi.
Mochalin, testlerin çelik bilye ile silika kaplı disk arasındaki MXene arayüzünün “süper yağ rejiminde” 0,0067 ile 0,0017 arasında bir sürtünme katsayısı ile sonuçlandığını söyledi. Sürtünme katsayısı, iki nesne arasındaki sürtünme miktarını ifade eden ve genellikle 0 ile 1 arasında olan bir değerdir. Değer ne kadar küçükse, sürtünme o kadar azdır.
Ekip, titanyum karbür MXene’e grafen eklediğinde ise sonuçların daha da iyi olduğunu söyledi. Araştırmacılar makalelerinde grafen eklemenin MXene’nin süper yağlayıcı özelliklerini etkilemeden sürtünmeyi %37,3 ve aşınmayı 2 faktör kadar azalttığını yazdılar.
Mochalin ve meslektaşları ” Bu sonuçlar çeşitli tribolojik uygulamalarda MXene ailesini keşfetmek için yeni kapılar açıyor ” dedi. Triboloji, etkileşen yüzeylerin sürtünmesi, aşınması ve yağlanması üzerine yapılan çalışmadır.
Dünyadaki Faydaları
Bu tür süper yağlayıcılar, uzay araçlarından asteroit madencilik ekipmanlarına kadar, dünya dışı ortamlardaki makineler için faydalı olabilirken aynı zamanda daha fazla faydaya da sahip olabilirler. Mochalin; MXene’lerin yağ bazlı kayganlaştırıcıların aksine kömür veya petrol gibi yenilenemeyen enerji kaynaklarına bel bağlamayacağını söyledi.
Kaynak: phys.org
