Projekti / Programi
Uporaba nanodelcev kot aditivov v mazivih in tornih materialih
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.11.03 |
Tehnika |
Konstruiranje |
Specialna razvojna znanja |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.11 |
Tehniške in tehnološke vede |
Druge tehniške in tehnološke vede |
Raziskovalci (20)
Organizacije (2)
Pomen za razvoj znanosti
V tem projektu so pridobili različne znanstveno-relevantne rezultate, ki predstavljajo pomemben preskok v smeri zmanjševanja trenja (energija, poraba goriva), zmanjševanja obrabe (povečanje trajnosti, manj vzdrževanja), nov fizikalni koncept mehanizma mejnega mazanja za ne-reaktivne površinske ter nov fizikalni koncept za nadomestilo okolju škodljivih aditivov na osnovi kemijskih reakcij.
(1) Prvič v svetovnem merilu je bila izvedena sistematična študija triboloških lastnosti MoS2 nanocevk (v splošnem). Uporaba teh nanodelcev v olju bistveno zniža tako koeficient trenja kot tudi obrabo v primerjavi s samim baznim oljem, pri čemer je ta učinek največji v režimu mejnega mazanja.
(2) Kot prvi v svetovnem merilu (in tudi v primerjavi z drugimi, podobnimi delci) smo pokazali, da je z uporabo plastovitih nanodelcev (ne le MoS2 nanocevk) v olju možno učinkovito mazanje relativno nereaktivnih površin, kot so prevleke na osnovi diamantu-podobnega ogljika (DLC), ki so ene izmed najbolj obetajočih površinskih prevlek.
(3) Pridobili smo znanje o mehanizmih mazanja z nanodelci in pokazali, da gre pri takšnem mazanju za fizikalne in ne kemijske učinke nanodelcev. Pokazali smo, da so ti mehanizmi mazanja podobni za klasične materiale (jeklo) in sodobnejše, manj reaktivne materiale (DLC). Predlagani fizikalni koncept mejnega mazanja z nanodelci predstavlja znanstveno in tehnološko nov in inovativen pristop.
(4) Zaradi fizikalnega principa delovanja nizko-strižnih plasti plastovitih kristalov in/ali drugih fizikalnih učinkov nanodelcev bo možno nadomestiti okolju škodljive aditive, ki vsebujejo S, P in Zn in ki se ukinjajo zaradi emisij, pri čemer ne bo prisotnega povečanja trenja in obrabe na konvencionalnih površinah, ki bi sicer sledilo odstranitvi aditivov in bi povečalo porabo energije ter poškodbe mehanskih komponent ter vzdrževanje.
(5) S predlaganim fizikalnim konceptom mejnega mazanja brez aditivov, ki vključujejo reaktivne elemente P, S in Zn, je možno formulirati olje, s katerim bo doseženo zmanjšanje onesnaževanja okolja zaradi emisij toplogrednih plinov, ki so posledica kemijskih reakcij teh elementov. Prav tako bodo preprečene poškodbe katalizatorjev v avtomobilih in tovornjakih, ki so največja nevarnost za te sisteme in nastajajo zaradi prisotnosti P in S.
(6) V projektu smo prvi v svetovnem merilu sistematično analizirali in zaradi tega lahko verodostojno pojasnili dejanski tribološki mehanizem mejnega mazanja z nanodelci, predvsem z MoS2 nanocevkami. Pokazali smo, da mehanizmi mazanja temeljijo na stiskanju, deformiranju, drobljenju in eksfoliaciji nanodelcev v kontaktu, s čimer se formira tribološki film na površinah. Le-ta je ključnega pomena za zniževanje trenja in obrabe in pokazali smo, da je prisoten pri različnih pogojih preizkušanja.
(7) Ovrednotili smo vpliv površinske hrapavosti na učinke nanodelcev pri mazanju in izpostavili določene razlike, ki se v tem pogledu pojavijo med mazanjem jeklenih oz. DLC površin. Razčlenili smo tudi vpliv utekanja površin na mazanje z nanodelci, kjer smo pokazali, da olje z dodanimi nanodelci tudi po utekanju zagotavlja učinkovito mazanje, pri čemer se zopet pojavijo nekatere razlike med jeklenimi in DLC površinami.
Pomen za razvoj Slovenije
Tehnologije prevlek imajo velik vpliv na socialne učinke v industrijskih državah, tj. v EU in Sloveniji, še posebej ker tu obstoji veliko SME podjetij za izdelavo prevlek, pa tudi večjih podjetij, ki temeljijo na teh tehnologijah in skupaj tvorijo izjemen potencial za nova delovna mesta. Nove kompozitne in nanostrukturne prevleke, kot npr. DLC, predstavljajo tehnološka področja z visokim potencialom rasti, vendar obstoji tudi velika konkurenčnost na tem področju znotraj EU in širše v svetu. V Sloveniji sicer ni podjetja, ki bi tržno proizvajalo DLC prevleke, vendar deluje veliko podjetij, ki izdelujejo druge podobne površinske prevleke in metode inženiringa površin, ki se srečujejo s podobnimi problemi in priložnostmi, obravnavanimi v tem projektu.
Rezultati tega projekta se nanašajo na temeljne znanstvene probleme ter tehnološke aplikacije in razvoj. Rezultati, ki izhajajo iz projekta omogočajo spodbujanje naprednih čistih tehnologij, napredek ključnih spodbujevalnih tehnologij (KET) ter nosijo potencial za razvoj čistejših vozil in plovil. Vse to so nekatere izmed prioritet razvoja, ki so povezane z aktualnimi tehnološkimi izzivi. Hkrati izsledki naših raziskav spodbujajo tudi nadaljnje raziskave na področju nanotehnologij in naprednih materialov, torej dodaten razvoj nanomaterialov in površinskih prevlek, med katerimi smo nekatere uporabili tudi v tem projektu in ki so še v fazi razvoja.
Poleg znanstvenega napredka in popularizacije nanotehnologij v povezavi z inženirskim področjem strojništva in tribologije je naš cilj prenos teh dosežkov v SME podjetja (Nanotul d.o.o., ki je lastnik patentnih pravic nanodelcev), pa tudi v večja podjetja za proizvodnjo mehanskih komponent in maziv, npr. OLMA d.d., s katero se že aktivno dogovarjamo za nadaljnje delo pri uvajanju nanodelcev v masti. Projekt pa je pomenil tudi združitev dveh uspešnih skupin na različnih komplementarnih področjih, na podlagi skupnega interesa in komplementarnih znanstvenih ter aplikativnih znanj, kar spodbuja nadaljnje sodelovanje in povečevanje kritične mase raziskovalnih potencialov.
Projektno delo je povezano tudi z doktorskim študijem, saj je bil M. Kalin izbran za mentorja na osnovi rezultatov prve faze tega projekta, iz česar smo pridobili tri-in-pol-letno štipendijo v sistemu »mladi raziskovalec«. Poleg tega smo tudi na podlagi novih spoznaj v okviru tega projekta na Fakulteti za strojništvo dopolnili program v novem študijskem predmetu z naslovom Nanotehnologije, ki omogoča neposreden prenos tega znanja študentom.
Nadalje je potrebno poudariti naše tesno sodelovanje pri razvoju nanomaterialov in maziv z drugimi skupinami v Evropi v okviru različnih projektov, npr. »Foremost« (32 partnerjev iz 13 držav, človeški viri 150 človek-let, vrednost 19 M€uro) in »2020 Interface« (9 partnerjev iz 6 držav, človeški viri 36 človek-let, vrednost 7,8 M€uro). Kot pobudnik in vodje oz. vodilni razvijalci v teh projektih smo nadalje prispevali k razpoznavanju Slovenije in naših inštitutov ter univerze. Z izkazovanjem novega znanja in izsledkov v tem projektu smo okrepili pri sodelujočih partnerjih našo razpoznavnost in znanstveno odličnost. S tem lahko pričakujemo tudi druge posredne koristi, npr. znanstvene obiske v/iz naših skupin, sodelovanje v novih EU ali bilateralnih projektih, mednarodno izmenjavo raziskovalcev ter nove pogodbe z industrijskimi partnerji v Evropi in širše. Prav slednje je v naši skupini postalo ustaljena dejavnost, saj izvajamo številne neposredne raziskave za svetovne vodilne korporacije.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2009,
2010,
2011,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2009,
2010,
2011,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
