Новости

24 февраля, 2021 18:49

Ученые нашли способ снизить трение и повысить долговечность материалов с помощью нанотехнологий

Источник: Индикатор
С помощью тонких пленок — слоев различных материалов толщиной до нескольких микрометров — российские ученые НИЯУ МИФИ и Балтийского федерального университета имени И. Канта придумали способ значительно снизить трение и таким образом повысить долговечность поверхностей в механизмах. Это может стать важным открытием для многих сфер — начиная от медицины и заканчивая космической техникой. Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда и опубликовано в журнале Nanomaterials.
Нано-структура покрытия Mo-S-C-H после трения (электронно-микроскопическое изображение с высоким разрешением). В круге показано образование нанопленки из нескольких атомных плоскостей, обеспечивающей очень низкое трение. Источник: Вячеслав Фоминский

«Тонкие пленки — это пласты веществ, которые могут иметь толщину в несколько атомных слоев; при этом их свойства значительно отличаются от свойств оригинальных веществ в макромасштабах. Их область применения расширяется постоянно, особенно при актуализации проблем наноэлектроники, оптоэлектроники, спинтроники, электро- и фотокатализа, — рассказывает Вячеслав Фоминский, научный руководитель проекта со стороны НИЯУ МИФИ. — Также следует выделить такие важные отрасли экономики, как космическое и приборное машиностроение. Перспективным развивающимся направлением является разработка микромодульных механизмов космических аппаратов, медицинской техники, приборостроения».

Решить проблемы, связанные в том числе с понижением коэффициента трения, можно с помощью халькогенидов металлов — соединений переходных металлов с серой, селеном и теллуром. Первые исследования, направленные на получение тонких пленок из таких материалов, начали появляться в восьмидесятых годах двадцатого века: исследователей привлекала их способность модифицировать свои свойства при изменении структуры и толщины нанесения слоя. Российские ученые же в своей работе исследовали пленки, которые состояли из четырех элементов: молибдена, серы, углерода и водорода. Лазерные импульсы длительностью в десяток наносекунд, направленные на мишени из углерода и молибдена, создавали плазменные потоки из этих материалов. После этого углерод и молибден в газовой фазе реагировали с предварительно закачанным в экспериментальную камеру сероводородом, и продукт осаждался на стальную подложку. Также химически активные атомы серы и водорода могли проникать внутрь растущего покрытия. Вместе все атомы формировали тонкую пленку на металле, свойства которой существенно зависели от концентрации компонентов и режимов генерации лазерно-плазменного потока.

Этот метод, называемый реакционным импульсным лазерным осаждением, позволяет создавать более гладкие и однородные слои, а также изменять многие параметры в условиях экспериментов, что влияет и на структуры итоговых покрытий. Это очень мощный инструмент создания уникальных наноструктур, который активно развивается в некоторых исследовательских центрах (в том числе в НИЯУ МИФИ и БФУ).

В результате были получены покрытия, которые при толщине порядка 0,5 мкм обеспечивали снижение коэффициента трения больше чем в десять раз: коэффициент трения при скольжении стального шарика по стальной пластине без применения традиционных жидких смазок не превышал 0,03 при испытаниях в нормальных условиях и при -100 °С. Такие же параметры у коньков, скользящих по льду.

26 марта, 2021
Найден способ облегчить предсказание поведения физической модели
Сотрудники Института проблем машиноведения РАН создали новую теорию, позволяющую предсказывать повед...
23 марта, 2021
Ученые расширят перечень пригодных для 3D-печати материалов
Ученые Томского государственного университета и ИФПМ СО РАН предложили новый способ 3D-принтинга, ко...