Grafeno pode revolucionar a engenharia de máquinas



O grafeno é uma das formas cristalinas do carbono e apresenta-se como uma folha plana de átomos de carbono densamente compactado. Muito resistente, leve, quase transparente e um excelente condutor de calor e eletricidade, o material vem sendo pesquisado em vários laboratórios de todo o mundo nas mais diversas aplicações. Recentemente, cientistas descobriram mais uma característica desse material: a possibilidade de praticamente eliminar o atrito.


A pesquisa verificou que as folhas de grafeno (em azul na ilustração) se transformavam em nanoscrolls (“rolos” em nanoescala), envolvendo os nanodiamantes (em dourado), fazendo com que o atito desaparecesse.


“Os nanoscrolls combatem o atrito mais ou menos da mesma maneira que os rolamentos fazem ao criarem uma separação entre superfícies”, afirma Sanket Deshmukh, pesquisador do Argonne National Lab, nos Estados Unidos.


Os pesquisadores afirmam que os nanoscrolls oferecem um mecanismo completamente novo para que se atinja a condição de superlubricidade, estado no qual desaparece o atrito que ocorre naturalmente quando dois objetos deslizam em sentidos contrários.


Qualquer lubrificante que possa ajudar as peças de uma máquina chegarem a esse estado no mundo real revolucionaria a engenharia, devido à economia de energia e ao menor desgaste dos componentes. Segundo a Sociedade de Engenheiros de Tribologia e Lubrificação dos EUA, o atrito consome até metade da energia total produzida no mundo. Os custos associados ao desgaste de peças por causa do atrito nos Estados Unidos podem totalizar dois terços dos custos do país com energia. Em escala menor, a energia necessária para que um automóvel típico vença o atrito e continue andando queima cerca de um terço de cada tanque de combustível.


Usando um supercomputador no laboratório Argonne, a equipe recriou experimentos que haviam mostrado anteriormente que folhas de grafeno deslizando em uma bola de aço revestida de carbono tipo diamante produziam pouquíssimo atrito. Os resultados experimentais, no entanto, mostraram inconsistências quando a experiência foi realizada em ambientes úmidos.


A simulação revelou que os nanoscrolls de grafeno que se enrolaram entrariam em colapso sob o peso da bola de aço, causando um aumento repentino no atrito. Para solucionar a instabilidade, eles acrescentaram nanodiamantes na mistura da simulação, o que estabilizou os nanoscrolls de grafeno quando estes se enrolaram neles.


O grupo tentou uma solução para a simulação em uma nova rodada de experimentos e tiveram êxito em manter o estado de superlubricidade.


“A beleza dessa descoberta em particular é que conseguimos ver a superlubricidade sustentada na macroescala pela primeira vez, provando que esse mecanismo pode ser usado em escalas de engenharia para aplicações no mundo real”, afirma o nanocientista computacional Subramanian Sankaranarayanan.


O material tem uma grande limitação - ele para de funcionar na presença de água. O laboratório Argonne está trabalhando em uma solução que ajudaria o material a repelir água, mas, enquanto isso, ele tem uma série de usos potenciais em ambientes secos, desde discos rígidos que giram dentro de computadores até engrenagens de turbinas eólicas e outros sistemas mecânicos secos.


“Atrito e desgaste continuam sendo as principais formas de dissipação mecânica de energia em montagens mecânicas em movimento; assim, é desejável minimizar o atrito em uma série de aplicações”, escrevem os autores em um estudo publicado recentemente na revista Science.


Fonte: GE Reports


Retirada de Revista Usinagem Brasil

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