PL215856B1

PL215856B1 - Smar nanokompozytowy grafenopodobny

Info

Publication number: PL215856B1
Application number: PL390102A
Authority: PL
Inventors: Volf Leshchynsky
Original assignee: Inst Obrobki Plastycznej
Priority date: 2009-12-30
Filing date: 2009-12-30
Publication date: 2014-02-28
Also published as: PL390102A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest smar nanokompozytowy grafenopodobny, mający zastosowanie do smarowania powierzchni łożysk ślizgowych o szczególnych parametrach pracy jak silniki lotnicze czy rakietowe.

Grafen został odkryty przez uczonych z Uniwersytetu Manchester pod kierunkiem Andre Geim'a i Kostyi Novoselov'a, Dzięki swojemu wielkiemu potencjałowi dla wytwarzania przyszłych urządzeń elektronicznych, jest dziś jednym z podstawowych tematów w fizyce i materiałoznawstwie. Grafen jest doskonałym przewodnikiem elektryczności, ponieważ, oprócz tego, że jest niezwykle cienki i jest półprzewodnikiem, elektrony przebiegają przez ten materiał z niezwykle dużą prędkością.

Proces wytwarzania grafenopodobnych nanocząstek w dużych ilościach, został przedstawiony w zgłoszeniu patentowym USA nr ser. 10/858814 „Proces wytwarzania nanoskalowych płytek grafenu”, którego twórcami są B.Z. Jang, L.X. Jang S.C. Wong i Y.J. Bai. Proces obejmuje następujące etapy:

- sporządzenie proszku grafitowego zawierającego drobne cząstki grafitu o co najmniej jednym wymiarze mniejszym niż 200 mu.m (najlepiej mniejszym niż 1 mu.m);

- odwarstwienie krystalitów grafitowych w tych cząstkach w taki sposób aby co najmniej dwa płatki grafenu zostały całkowicie oddzielone od siebie;

- mechaniczne ścieranie (np. młynkowanie kulkami) rozwarstwionych cząstek w celu doprowadzenia ich wielkości do nanoskali i w rezultacie do utworzenia grafenopodobnych nanocząstek o grubości płytek mniejszej niż 100 nm.

Typ i wielkość proszku początkowego, warunki rozwarstwiania (np. interkalacja typu chemicznego i koncentracja, cykle temperaturowe i warunki ścierania mechanicznego, np. czas i intensywność młynkowania kulkami, można zmieniać konstrukcyjnie w celu stworzenia różnych materiałów grafenopodobnych nanocząstek o szerokim zakresie grubości, szerokości i długości płytek grafenowych. Młynkowanie kulkami jest znane jako skuteczny proces masowej produkcji ultra-drobnych cząstek. Łatwość procesu i szeroki zakres własności, jakie można uzyskać z materiałami grafenopodobnych nanocząstek pozwala przypuszczać, że są one materiałem do wielu ważnych zastosowań technicznych. Oczekuje się, że własności elektroniczne, cieplne i mechaniczne materiałów wykonanych z grafenopodobnych nanocząstek będą porównywalne z własnościami nanorurek węglowych, ale grafenopodobne nanocząstki będą możliwe do wytworzenia przy mniejszym koszcie i w większych ilościach.

Przedstawione kompozyty w postaci fulerenopodobnych cząstek nieorganicznych dwusiarczku molibdenu lub dwusiarczku wolframu mają średnicę poniżej 200 nm, zaś średnice wypełniaczy w tych kompozytach są o wymiarach w granicach (300 - 500) nm.

Istota wynalazku, którym jest smar nanokompozytowy grafenopodobny, polega na tym, że stanowią go płytki dwusiarczku molibdenu lub dwusiarczku wolframu rozdzielone w procesie rozdzielenia materiału podstawowego do grubości poniżej 100 nm, o długości i szerokości zewnętrznej poniżej 1 μm, rozpuszczone w osnowie w ilości w granicach od 15% do 80%, korzystnie 50%

Korzystnym jest, gdy materiałem osnowy jest nanokompozyt grafenopodobny na bazie dwusiarczku molibdenu lub dwusiarczku wolframu.

Korzystnym jest także, gdy materiałem osnowy jest nanokompozyt grafenopodobny na bazie polimerów, na bazie węgla, na bazie szkła lub na bazie kombinacji polimerów i/lub węgla i/lub szkła.

Korzystnym jest również, gdy materiałem osnowy jest nanokompozyt grafenopodobny na bazie materiałów termoplastycznych, termoutwardzalnych, gumy, lub na bazie materiałów termoutwardzalnych i/lub materiałów termoplastycznych i/lub gumy.

Ponadto korzystnym jest, gdy materiałem osnowy jest nanokompozyt grafenopodobny w postaci nanowłókien węglowych, nanorurek węglowych, sadzy lub w postaci nanorurek węglowych, i/lub nanowłókien węglowych i/lub sadzy.

Materiał grafenopodobnych nanocząstek można stosować jako nanoskalowe wzmocnienie materiału osnowy w celu uzyskania nanokompozytu smaru stałego. Uzyskane korzyści z nanoskalowych wzmocnień w materiale osnowy to:

- nanoskalowe wypełniacze, drobno rozproszone w polimerze lub innej osnowie bardzo wysoki obszar powierzchni przyczyniają się do efektów zamknięcia łańcucha polimeru, które mogą prowadzić do lepszych właściwości tarciowych;

- wypełniacze nanoskalowe dają niezwykle kręty zygzakowaty tor dyfuzji, co skutkuje wzmocnioną odpornością na przenikanie wilgoci, tlenu, innych gazów i ciekłych środków chemicznych, które

PL 215 856 B1 pogarszają własności smaru stałego. Taka kręta struktura służy również jako skuteczny mechanizm rozprowadzania energii odkształcenia;

- nanoskalowe wypełniacze na bazie dwusiarczku molibdenu lub dwusiarczku wolframu mają doskonałe własności termoizolacyjne, a połączone z materiałem osnowy, mogą potencjalnie wyeliminować konieczność stosowania warstwy ochrony termicznej, na przykład w zastosowaniu do silników rakietowych.

Przedmiot wynalazku, w przykładowym, lecz nie ograniczającym wykonaniu, uwidoczniono na poniższych przykładach wykonania.

P r z y k ł a d I

Smar nanokompozytowy grafenopodobny stanowią płytki dwusiarczku molibdenu lub dwusiarczku wolframu rozdzielone w procesie rozdzielenia materiału podstawowego do grubości poniżej

100 nm, o długości i szerokości zewnętrznej poniżej 1 μm, rozpuszczone w osnowie w ilości w granicach od 15% do 80%, korzystnie 50%, przy czym osnową jest nanokompozyt grafenopodobny na bazie dwusiarczku molibdenu.

P r z y k ł a d II

Smar nanokompozytowy grafenopodobny stanowią płytki dwusiarczku molibdenu lub dwusiarczku wolframu rozdzielone w procesie rozdzielenia materiału podstawowego do grubości poniżej 100 nm, o długości i szerokości zewnętrznej poniżej 1 μm, rozpuszczone w osnowie w ilości w granicach od 15% do 80%, korzystnie 50%, przy czym osnową jest nanokompozyt grafenopodobny na bazie dwusiarczku wolframu.

P r z y k ł a d III

Smar nanokompozytowy grafenopodobny stanowią płytki dwusiarczku molibdenu lub dwusiarczku wolframu rozdzielone w procesie rozdzielenia materiału podstawowego do grubości poniżej 100 nm, o długości i szerokości zewnętrznej poniżej 1 μm, rozpuszczone w osnowie w ilości w granicach od 15% do 80%, korzystnie 50%, przy czym osnową jest nanokompozyt grafenopodobny na bazie polimerów.

P r z y k ł a d IV

Smar nanokompozytowy grafenopodobny stanowią płytki dwusiarczku molibdenu lub dwusiarczku wolframu rozdzielone w procesie rozdzielenia materiału podstawowego do grubości poniżej 100 nm, o długości i szerokości zewnętrznej poniżej 1 μm, rozpuszczone w osnowie w ilości w granicach od 15% do 80%, korzystnie 50%, przy czym osnową jest nanokompozyt grafenopodobny na bazie węgla.

P r z y k ł a d V

Smar nanokompozytowy grafenopodobny stanowią płytki dwusiarczku molibdenu lub dwusiarczku wolframu rozdzielone w procesie rozdzielenia materiału podstawowego do grubości poniżej 100 nm, o długości i szerokości zewnętrznej poniżej 1 μm, rozpuszczone w osnowie w ilości w granicach od 15% do 80%, korzystnie 50%, przy czym osnową jest nanokompozyt grafenopodobny na bazie szkła.

P r z y k ł a d VI

Smar nanokompozytowy grafenopodobny stanowią płytki dwusiarczku molibdenu lub dwusiarczku wolframu rozdzielone w procesie rozdzielenia materiału podstawowego do grubości poniżej 100 nm, o długości i szerokości zewnętrznej poniżej 1 μm, rozpuszczone w osnowie w ilości w granicach od 15% do 80%, korzystnie 50%, przy czym osnową jest nanokompozyt grafenopodobny na bazie kombinacji polimerów i/lub węgla i/lub szkła.

P r z y k ł a d VII

Smar nanokompozytowy grafenopodobny stanowią płytki dwusiarczku molibdenu lub dwusiarczku wolframu rozdzielone w procesie rozdzielenia materiału podstawowego do grubości poniżej 100 nm, o długości i szerokości zewnętrznej poniżej 1 μm, rozpuszczone w osnowie w ilości w granicach od 15% do 80%, korzystnie 50%, przy czym osnową jest nanokompozyt grafenopodobny na bazie materiałów termoplastycznych.

P r z y k ł a d VIII

Smar nanokompozytowy grafenopodobny stanowią płytki dwusiarczku molibdenu lub dwusiarczku wolframu rozdzielone w procesie rozdzielenia materiału podstawowego do grubości poniżej 100 nm, o długości i szerokości zewnętrznej poniżej 1 μm, rozpuszczone w osnowie w ilości w granicach od 15% do 80%, korzystnie 50%, przy czym osnową jest nanokompozyt grafenopodobny na bazie materiałów termoutwardzalnych.

PL 215 856 B1

P r z y k ł a d IX

100 nm, o długości i szerokości zewnętrznej poniżej 1 μm, rozpuszczone w osnowie w ilości w granicach od 15% do 80%, korzystnie 50%, przy czym osnową jest nanokompozyt grafenopodobny na bazie gumy.

P r z y k ł a d X

Smar nanokompozytowy grafenopodobny stanowią płytki dwusiarczku molibdenu lub dwusiarczku wolframu rozdzielone w procesie rozdzielenia materiału podstawowego do grubości poniżej 100 nm, o długości i szerokości zewnętrznej poniżej 1 μm, rozpuszczone w osnowie w ilości w granicach od 15% do 80%, korzystnie 50%, przy czym osnową jest nanokompozyt grafenopodobny na bazie kombinacji materiałów termoplastycznych i/lub materiałów termoutwardzalnych, i/lub gumy.

P r z y k ł a d XI

Smar nanokompozytowy grafenopodobny stanowią płytki dwusiarczku molibdenu lub dwusiarczku wolframu rozdzielone w procesie rozdzielenia materiału podstawowego do grubości poniżej 100 nm, o długości i szerokości zewnętrznej poniżej 1 μm, rozpuszczone w osnowie w ilości w granicach od 15% do 80%, korzystnie 50%, przy czym osnową jest nanokompozyt grafenopodobny na bazie nanorurek węglowych.

P r z y k ł a d XII

Smar nanokompozytowy grafenopodobny stanowią płytki dwusiarczku molibdenu lub dwusiarczku wolframu rozdzielone w procesie rozdzielenia materiału podstawowego do grubości poniżej 100 nm, o długości i szerokości zewnętrznej poniżej 1 μm, rozpuszczone w osnowie w ilości w granicach od 15% do 80%, korzystnie 50%, przy czym osnową jest nanokompozyt grafenopodobny na bazie nanowłókien węglowych.

P r z y k ł a d XIII

Smar nanokompozytowy grafenopodobny stanowią płytki dwusiarczku molibdenu lub dwusiarczku wolframu rozdzielone w procesie rozdzielenia materiału podstawowego do grubości poniżej 100 nm, o długości i szerokości zewnętrznej poniżej 1 μm, rozpuszczone w osnowie w ilości w granicach od 15% do 80%, korzystnie 50%, przy czym osnową jest nanokompozyt grafenopodobny na bazie sadzy.

P r z y k ł a d XIV

Smar nanokompozytowy grafenopodobny stanowią płytki dwusiarczku molibdenu lub dwusiarczku wolframu rozdzielone w procesie rozdzielenia materiału podstawowego do grubości poniżej 100 nm, o długości i szerokości zewnętrznej poniżej 1 μm, rozpuszczone w osnowie w ilości w granicach od 15% do 80%, korzystnie 50%, przy czym osnową jest nanokompozyt grafenopodobny na bazie nanorurek węglowych, i/lub nanowłókien węglowych i/lub sadzy.

Claims

1. Smar nanokompozytowy grafenopodobny, znamienny tym, że stanowią go płytki dwusiarczku molibdenu lub dwusiarczku wolframu rozdzielone w procesie rozdzielenia materiału podstawowego do grubości poniżej 100 nm, o długości i szerokości zewnętrznej poniżej 1 μm, rozpuszczone w osnowie w ilości w granicach od 15% do 80%, korzystnie 50%.

2. Smar według zastrz. 1, znamienny tym, że materiałem osnowy jest nanokompozyt grafenopodobny na bazie dwusiarczku molibdenu.

3. Smar według zastrz. 1, znamienny tym, że materiałem osnowy jest nanokompozyt grafenopodobny na bazie dwusiarczku wolframu

4. Smar według zastrz. 1, znamienny tym, że materiałem osnowy jest nanokompozyt grafenopodobny na bazie polimerów.

5. Smar według zastrz. 1, znamienny tym, że materiałem osnowy jest nanokompozyt grafenopodobny na bazie węgla.

6. Smar według zastrz. 1, znamienny tym, że materiałem osnowy jest nanokompozyt grafenopodobny na bazie szkła.

7. Smar według zastrz. 1, znamienny tym, że materiałem osnowy jest nanokompozyt grafenopodobny na bazie kombinacji polimerów i/lub węgla i/lub szkła.

PL 215 856 B1

8. Smar według zastrz. 1, znamienny tym, że materiałem osnowy jest nanokompozyt grafenopodobny na bazie materiałów termoplastycznych.

9. Smar według zastrz. 1, znamienny tym, że materiałem osnowy jest nanokompozyt grafenopodobny na bazie materiałów termoutwardzalnych

10. Smar według zastrz. 1, znamienny tym, że materiałem osnowy jest nanokompozyt grafenopodobny na bazie gumy.

11. Smar według zastrz. 1, znamienny tym, że materiałem osnowy jest nanokompozyt grafenopodobny na bazie materiałów termoutwardzalnych i/lub materiałów termoplastycznych i/lub gumy.

12. Smar według zastrz. 1, znamienny tym, że materiałem osnowy jest nanokompozyt grafenopodobny w postaci nanowłókien węglowych.

13. Smar według zastrz. 1, znamienny tym, że materiałem osnowy jest nanokompozyt grafenopodobny w postaci nanorurek węglowych.

14. Smar według zastrz. 1, znamienny tym, że materiałem osnowy jest nanokompozyt grafenopodobny w postaci sadzy.

15. Smar według zastrz. 1, znamienny tym, że materiałem osnowy jest nanokompozyt grafenopodobny w postaci nanorurek węglowych, i/lub nanowłókien węglowych i/lub sadzy.