В этом году исполняется 15 лет как была вручена Нобелевская премия по физике «за новаторские эксперименты с двумерным материалом графеном».
Ученые российского происхождения Андрей Гейм и Константин Новоселов явили миру вещество, существование которого считалось невозможным, - устойчивый двумерный кристалл, одноатомный слой углерода, организованный в двумерную гексагональную решетку.
Если в 2010 году говорилось, что большинство возможных применений графена существуют только в фантазиях, то в наши дни «материал будущего» уверенно захватил многие лаборатории мира. Так ивановские ученые в сотрудничестве с коллегами из Тамбова, Кирова и Петрозаводска задались вопросом, лежащим на стыке науки и насущной практики: как снизить энергоемкость и износ машин и механизмов? Ответ они искали в области трибологии - науки о трении и смазке. И ключом к решению стали родственные графену углеродные наноструктуры.
В Иваново провели масштабное исследование, которое на первый взгляд могло показаться парадоксальным. Ученые взяли за основу самый что ни на есть прозаический вазелин медицинский и поочередно вводили в него окисленный графен, одно- и многостенные нанотрубки, фуллерены и шунгитовый углерод. Так встретились простое и сложное, обыденное и наноразмерное.
Это была интересная и оригинальная работа, требующая глубокого понимания реологии - науки о течении веществ. Ученые скрупулезно изучали, как разные формы углерода меняют структуру и свойства смазки. И в итоге пришли к выводу, что тип и количество наночастиц очень важны. Они влияют на то, как смазка ведет себя под нагрузкой.
Графен показал себя великолепно. Смазка на его основе быстро восстанавливала свою структуру после давления и требовала меньше всего энергии для своего «разрушения». Проще говоря, она была более стабильной и эффективной.
Так же ученые определили, что более объемную, трехмерную структуру имеет углеродная добавка (как у нанотрубок), тем лучше становится смазка. Это происходит потому, что такая добавка делает вазелин более прочным и одновременно более «подвижным». Однако есть нюанс: в зависимости от формы и размера нанотрубок это правило может меняться.
Это открытие - прямое практическое руководство к действию для создания смазочных композиций будущего.
Осенью 2023 года представители НИИ наноматериалов ИвГУ приняли участие в V международной научно-практической конференции «Графен и родственные структуры». Их доклад о реологических свойствах смазок с углеродными присадками прозвучал в секции «Наноматериалы функционального и конструкционного назначения».
Параллельно в Санкт-Петербурге изучили влияние фторида графена на структуру и свойства пластичных смазок. Испытания показали улучшение трибологических свойств модифицированных смазочных композиций и подтвердили перспективность применения присадки в качестве модификатора трения. Также применение графена позволяет повысить теплопроводность смазки, что является важным фактором при работе высоконагруженных узлов электромеханических приводов на промышленных предприятиях.
Проект «Нобелевские лауреаты» выполняется при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках Десятилетия науки и технологий, объявленного Указом Президента Российской Федерации от 25 апреля 2022 г. № 231.