Hibridni nanomateriali za samo-mazalne kompozite in za pretvorbo energije

Trajanje projekta

2009 - 2012

Kategorija projekta

SLO

Kontakt

prof. dr. Mitjan Kalin

Partnerji

  • Institut "Jožef Stefan" (Slovenija)
  • University of New Lisbon (Portugalska)
  • Nottingham University (Velika Britanija)
  • VITO (Belgija)

Glavni cilji so razumevanje mehanizmov rasti hibridnih nanomaterialov temelječih na „mama”-tubah, njihove interakcije s polimerno matriko ter oceniti možne smeri uporabe na področju tribologije, fotovoltaike ter za shranjevanje energije. Naša vloga v projektu je preučevanje samo-mazalnih prevlek, izdelanih na osnovi teh materialov, ter poizkus kontroliranja triboloških lastnosti izdelanih kompozitov.

Projekt povezuje izzive znanosti o materialih, predvsem nanocevk in nanožičk, v štirih med seboj prepletenih delovnih področjih:

  • študij strukture in mehanizmov rasti edinstvenih, nedavno odkritih hibridnih nanomaterialov (nanohibridov), ki so sestavljeni iz fulerenom-podobnih nanokroglic, nano-škatlic in nanocevk, spontano vgrajenih v večje MoS2 nanocevke – imenovane „mama”-tube,
  • določitev učinkovitosti shranjevanja vodika v MoS2 nanocevke in „mama”-tube ter v MoOx in WOx nanožičke,
  • izdelava polimernih kompozitov z zgoraj opisanimi nanohibridi z namenom priprave samo-mazalnih prevlek in za pretvorbo energije, predvsem kot foto-aktivna komponenta sončnih celic,
  • prenos znanja, razvitega v tem projektu, in patentna zaščita rezultatov, ki so industrijsko uporabni.


Glavni cilji tega projekta so torej razumeti mehanizme rasti hibridnih nanomaterialov temelječih na „mama”-tubah, njihovo interakcijo s polimerno matriko ter oceniti možne smeri uporabe teh novih materialov za varčevanje z energijo zaradi zmanjševanja izgub, ki jih povzroča trenje, za proizvodnjo energije s fotovoltaiko ter za shranjevanje energije z interkalacijo vodika in litija.

V našem laboratoriju pokrivamo predvsem 3. delovno področje projekta, torej pripravo kompozitnih materialov na osnovi nanohibridov MoS2 in WS2 za uporabne samo-mazalne prevleke. Pri polimernih materialih je splošno znano, da kontrolirane količine dodanih oksidov in drugih keramičnih delcev v polimerni matriki izboljšajo mehanske lastnosti, kot so trdota in obstojnost proti obrabi. Novost v tem projektu je, da bi dodatek materialov kot so ”mama”-tube, koaksialne nanocevke in drugi hibridni nanomateriali imel velik vpliv tudi na tribološke lastnosti takih kompozitnih materialov. Ti novi kompoziti polimera in nanomaterialov ter eksfoliacija nanomaterialov na izpostavljenih delih površine pri uporabi mehanske sile, ki povzroči tvorbo tribo-filma, doprinašajo poleg zmanjšanja trenja in obrabe še tvorbo proti-korozivne zaščitne prevleke. Rezultati triboloških testiranj bodo primerjani tudi s tistimi, ko bodo enaki materiali mešani v olja in masti, delo pa izvajamo v različnih pogojih oziroma pri različnih eksperimentalnih parametrih. Medtem, ko je mogoče makroskopsko trenje pripisati kolektivnim pojavom zaradi hrapavosti, se lahko z uporabo mikroskopije na atomsko silo osredotočimo na posamezno izboklinico kot del hrapave površine in s tem tudi izločimo vpliv topografije, da dobimo temeljne učinke trenja. Trenje pa je velikega pomena za tehnologijo, še posebej pri sodobnih težnjah po učinkovitejši rabi fosilnih goriv ter manjši porabi energije.