Diz 75 cz
Tuhá maziva v nanoměřítku: tribologické chování in silico
Autor: Victor Claerbout
Tření a opotřebení nastává, když jsou dva povrchy v kontaktu a relativním pohybu a představují přibližně 23 % veškeré spotřebované energie. Použití maziva v kontaktu může snížit (nebo dokonce téměř eliminovat) tření, opotřebení a související procesy. Jedná se o techniku sahající až do starověkého Egypta. Běžná každodenní klasická maziva jsou na bázi oleje nebo vody. Stále přísnější ekologické standardy však omezují další používání olejů, a v náročných provozních podmínkách, jako jsou extrémně vysoké/nízké kontaktní tlaky a pracovní teploty, tekutá maziva nemůžeme používat. Od 40. let 20. století se tuhým mazivům, což jsou vrstvené krystalické materiály, věnuje značná pozornost. Dnes se používají hlavně jako přísady, které tekutým mazivům zlepšují vlastnosti. Dichalkogenidy přechodových kovů jsou některé z nejznámějších příkladů tuhých maziv, z nichž je disulfid molybdenu (MoS 2 ) hlavní reprezentant. Tyto materiály mají potenciál nahradit tekutá maziva v mnoha aplikacích, a to formou tenké vrstvy. Navzdory značnému vědeckému úsilí však zatím nebylo dosaženo průmyslové implementace MoS 2 a pevných maziv obecně. Důvodem je malá znalost třecích mechanismů vrstevnatých systémů, a to jak v nanoměřítku, tak v makroměřítku. Kromě toho jsou tuhá maziva vysoce citlivá na poškození způsobená interakcemi s jejich prostředím, což omezuje využití jejich slibného potenciálu v široké škále aplikací. V této práci se pomocí výpočetního modelování snažíme objasnit mechanismy určující třecí vlastnosti MoS 2 v nanoměřítku. To se provádí zkoumáním třecích aspektů MoS 2 , například studiem frikční anizotropie a zvážením vlivu vnějších podmínek, jako je kontaminace vodou, o níž je obecně známo, že zhoršuje třecí vlastnosti MoS 2 . Byly získány nové poznatky o principech dosažení superlubricity v homostrukturách, a byla potvrzena relevantnost povrchové energie mezivrstvy. Studium interakce s vodou prokázalo interkalaci vody na třecí vlastnosti tuhých maziv. V tomto tisíciletí jsou dostupná i jednovrstvá tuhá maziva, které otevřely dveře nové třídě materiálů, takzvaným heterostrukturám. Jedná se o vrstvené struktury, které kombinují několik různých typů tuhých maziv. Ačkoli heterostruktury mají potenciál dalšího vylepšení vlastností tuhých maziv, skutečná stabilita těchto struktur je často vynechána. V této práci je proto pomocí teorie epitaxe rozsáhle prozkoumána energetická stabilita úhlu natočení prototypové heterostruktury postavené z MoS 2 a grafenu. Naše studie o heterostrukturách odhaluje nové poznatky o stabilitě těchto struktur a pomohla vysvětlit experimentálně naměřené vlastnosti.