"MXene": Ein neuer Schmierstoff für alle Fälle

Material funktioniert selbst in extremsten Situationen und eignet sich gut für Weltraummissionen

Atomar dünne Schichten verringern die Reibung effektiv (Grafik: tuwien.at)

Wien (pte031/20.04.2021/12:30) - Einen Schmierstoff, der bei extremer Kälte so gut funktioniert wie bei hohen Temperaturen und selbst im All zuverlässig arbeitet, haben Forscher der Technischen Universität Wien http://tuwien.at mit Kollegen aus Saarbrücken, den USA und Chile entwickelt. Er ähnelt einem dünnen Stapel von Blättern aus Papier, die sich leicht gegeneinander verschieben lassen. Die Blätter bestehen aus zweidimensionalen Titan- und Kohlenstoffatomen, sind also nur so dick wie diese Atome, ähnlich wie Graphen.

Gutes Trockenschmiermittel

Konkret handelt es sich um eine Materialgruppe, die in den vergangenen Jahren vor allem im Zusammenhang mit neuartigen Batterien im Gespräch waren. "MXene" werden diese Werkstoffe genannt. Das internationale Forscher-Team hat jetzt gezeigt, dass sie auch hervorragende Leistungen als Trockenschmiermittel haben. Sie sind extrem haltbar und erfüllen ihre Aufgabe auch unter extremen Umständen.

"Man beginnt mit sogenannten MAX-Phasen, das sind spezielle Schichtsysteme, die etwa aus Titan, Aluminium und Kohlenstoff bestehen", sagt Carsten Gachot, Leiter der Tribologie-Gruppe am Institut für Konstruktionswissenschaften und Produktentwicklung der Universität in Wien. Das Aluminium sei allerdings ein Störfaktor. Den gelte es zu beseitigen, was in einem Ätzprozess mit Flusssäure gelinge. Übrig bleibt ein Stapel von atomar dünnen Schichten aus Titan und Kohlenstoff. Jede ist extrem stabil. Sie lassen sich jedoch leicht gegeneinander verschieben. Ohne Abrieb zu erzeugen, ist ein extrem widerstandsarmes Gleiten möglich.

Um ein Sechstel weniger Reibung

Die Reibung zwischen Stahlflächen ließ sich mit MXene-Pulver auf ein Sechstel reduzieren. Das änderte sich auch nicht nach 100.000 Bewegungszyklen. Damit ist es gut für den Einsatz unter erschwerten Bedingungen. Während Schmieröl im Vakuum bei Weltraummissionen sofort verdampfen würde, lassen sich MXene in Form von feinem Pulver auch dort einsetzen.

"Man hat Ähnliches auch schon mit anderen Dünnschicht-Materialien versucht, etwa mit Graphen oder Molybdändisulfid. Aber sie reagieren empfindlich auf Feuchtigkeit in der Atmosphäre. Wassermoleküle können die Bindungskräfte zwischen den einzelnen Schichten verändern. Bei MXenen spielt das hingegen eine geringere Rolle", unterstreicht Gachot.

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