Durch eine Kombination aus organischer und anorganischer Chemie entwickelten Forschende an der Technischen Universität Wien ein neuartiges Schmiermittel, das über bemerkenswerten Fähigkeiten verfügt.
Das richtige Schmiermittel für den richtigen Zweck zu finden – das ist eine Aufgabe, die in der Industrie oft äusserst wichtig ist. Nicht nur um Reibung, Überhitzung und Verschleiss zu verringern, sondern auch um Energie zu sparen.
Eine interdisziplinäre Forschungsgruppe hat an der TU Wien ein neuartiges Schmiermittel mit ganz besonderen Eigenschaften entwickelt: «COK-47» ist nicht flüssig wie Schmieröl, sondern pulverförmig. Auf Nano-Skala betrachtet, besteht es aus geschichteten Stapeln extrem dünner Blättchen, ähnlich wie ein winziges Spielkarten-Deck.
Die Forschenden arbeiteten mit metallorganischen Gerüstverbindungen (Metal-Organic Frameworks, MOF). Dabei handelt es sich um eine neuartige Klasse von Materialien, die aus anorganischen Baueinheiten bestehen, die durch organische Moleküle verbunden werden. Es gibt viel Spielraum, diese Materialien auf atomarer Ebene für einen bestimmten Zweck anzupassen – etwa als Photokatalysatoren für die Wasserstofferzeugung oder zur Wasserreinigung.
Meistens handelt es sich bei metallorganischen Gerüstverbindungen um Cluster aus Metall-Atomen, verknüpft durch organische Verbindungen. «COK-47 hat allerdings eine wichtige Besonderheit», erklärt der Chemiker Pablo Ayala, Mitautor der aktuellen Studie. «Die anorganischen Bauteile dieses Materials sind zweidimensionale Blätter aus Titanoxid – und das bestimmt sein Verhalten ganz wesentlich.»
Ausführliche Untersuchungen zeigten nun: In einer feuchten Umgebung sorgen Wassermoleküle dafür, die Verbindungen zwischen den Titanoxid-Blättchen zu lösen, die flachen Strukturen können aneinander vorbeigleiten und bilden somit einen Tribofilm. Ein solcher gleitender Film kann – zum Beispiel zwischen zwei Bauteilen aus Metall – für extrem verringerte Reibung sorgen.
COK-47 weist einen deutlich niedrigeren Reibungskoeffizienten auf als andere MOF-Schmiermittel. Hanglin Li, Erstautor der Studie, erklärt. «Ausserdem ist COK-47 verglichen mit anderen 2D-Materialien deutlich haltbarer – ein ebenso wichtiges Kriterium in der Praxis.»
