Bewegung ohne Energieverlust: Nano-Material hebt Reibung auf

Eine Kombination aus Graphen und Diamant kann die Reibung zwischen zwei Materialien nahezu auszuschalten. Die supergleitfähigen Nanopartikel könnten mechanische Prozesse revolutionieren: Der Energieverlust durch Reibung wird verhindert.

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Legt man zwei Materialien übereinander und verschiebt sie, entsteht Reibung. Ein Umstand, der in vielen Prozessen immer auch Energie kostet. Wissenschaftler des Argonne National Laboratory, ein Forschungsinstitut des US-Energieministeriums, haben nun etwas entwickelt, um diese Reibung zu verhindern.

Dafür haben sie ein neue Materialkombination geschaffen: Aus Diamant und Graphen. Diese so entstandenen Nanopartikel besitzen eine „Supergleitfähigkeit“, so die Wissenschaftler. Die „Reibung geht gegen null“. Der Hintergrund ist die Zusammensetzung. Auf atomarer Ebene kommt es normaler Weise zu Reibung, wenn Atome in Materialien, die gegeneinander geschoben werden, sich quasi verhaken. Hier muss dann zusätzliche Energie aufgebracht werden, um diese Verhakung wieder zu lösen.

Aber, wenn die Diamantpartikel mit den „Graphen-Patches“ gegen ein eine große diamantartige Kohlenstoffoberfläche gerieben werden, passiert etwas Anderes: Die Graphene rollen sich um die Diamantpartikel herum zu etwas, das auf nanoskopischer Ebene einem Kugellager gleicht. Graphene sind sehr leitfähig. Dadurch reiben die Materialien sich nicht, sondern gleiten quasi übereinander.

„Die Interaktion zwischen dem Graphen und dem diamantartigem Kohlenstoff ist wesentlich für die Wirkung der Supergleitfähigkeit“, sagt Ali Erdemir, einer der Forscher. „Die beiden Materialien sind voneinander abhängig.“

Diese neue Materialkombination könnte bei technischen Prozessen die Effektivität erheblich verbessern. Eine Problematik zeigte sich allerdings schon bei den Untersuchungen der Wissenschaftler: Im trockenen Zustand funktioniert die neue Gleitfähigkeit sehr gut. In feuchter Umgebung war dies jedoch nicht der Fall. „Wir haben beobachtet, dass die Bildung der Graphen zu Rollen in Gegenwart von Wasser gehemmt wird“, so Subramanian Sankaranarayanan. „Das verursachte eine höhere Reibung.“

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