Forschung : Wie aus Nanodiamanten ein Superschmierstoff entsteht

Eigentlich heißt es ja, Diamanten sind für immer. Doch Forscher des zum US-Energieministerium gehörenden Argonne National Laboratory (ANL) machen sich nun zunutze, dass das für Nanodiamanten nicht unbedingt gilt. Denn bei Mischung mit zweidimensionalem Molybdändisulfid verändern die Nanodiamanten ganz von selbst ihre Struktur. So entsteht ein ausgezeichneter Trockenschmierstoff, der seinerseits praktisch ewig hält. Das könnte für viele Anwendungen von Pumpsystemen bis hin zu Windturbinen interessant sein.

Von Türklinken bis hin zu Fahrradketten, wir verwenden im Alltag oft Festschmierstoffe. Handelsüblich sind derzeit vor allem Graphitpasten. Auch die Forschung hat sich bislang oft auf Kohlenstoff konzentriert. So hat das ANL-Team um den Materialwisschschaftler Anirudha Sumant 2015 mit einer Mischung aus Nanodiamanten und dem 2D-Wundermaterial Graphen erstmals Superschmierung mir praktisch komplett verschwindender Reibung erreicht. Nun haben die Forscher das Graphen aber durch ein anderes zweidimensionales Material ersetzt und damit einen durchaus überraschenden Durchbruch erzielt.

Die Forscher haben nämlich Nanodiamanten mit Molydändisulfid kombiniert. In der resultierenden Mischung waren dann keine Diamantkristalle mehr zu finden. Der darin enthaltene Kohlenstoff hatte sich praktisch von selbst neu in einer zwiebelschalenartigen Kugeln angeordnet, wofür ein Bestandteil des Molybdändisulfids verantwortlich war. "Wir wussten, dass daran der Schwefel schuld sein muss, aber das hilft uns sogar", meint Sumant. Denn das Ergebnis ist ein herausragendes Schmiermittel, mit dem es zehn Mal weniger Reibung gibt als mit manchen Antihaftbeschichtungen auf Fluorpolymeren. Es kann also Bauteile sehr gut vor Wärmeentwicklung und Abnutzung schützen.

Dem ANL-Team zufolge halten die Kohlenstoff-Kugeln hohen Druck aus, gleiten aber dank ihrer Nanostruktur leicht. Das Trockenschmiermittel ordnet sich selbst ständig neu an und hält dadurch auch extrem lang. Das sollte es für industrielle Anwendungen attraktiv machen. Das gilt besonders dort, wo bislang Trockenschmiermittel in Form von Dünnschicht-Beschichtungen zum Einsatz kommen. Denn Schäden an einer Beschichtung können ein katastrophales Versagen bedeuten, was mit der neuen Schmiere vermieden werden könnte.

Die Superschmier-Technologie, bei der sich das Schmiermittel praktisch selbst aus den Nanodiamanten erzeugt, stößt dem ANL zufolge bereits auf großes interesse aus der Industrie. Potenzielle Anwendungsbereiche umfassen demnach Lager und mechanische Dichtungen bei Pumpen in Trockenanwendungen sowie Windturbinen. Doch auch eine Nutzung in Computern sei denkbar, nämlich bei Magnetscheiben-Festplatten. (pte)