Valutazione sinergica delle prestazioni del MoS2

Scientific Reports volume 13, numero articolo: 12559 (2023) Citare questo articolo

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In questo studio, le nanoparticelle ibride MoS2-hBN sono state sintetizzate utilizzando una piattaforma avanzata a microonde per nuove formulazioni di nanolubrificanti. Le nanoparticelle sintetizzate sono state caratterizzate mediante microscopia elettronica a scansione a emissione di campo, spettroscopia a raggi X a dispersione di energia, diffrazione di raggi X e spettroscopia Raman. Le nanoparticelle ibride sono state quindi introdotte in un olio motore a base diesel 20W40 per produrre un nanolubrificante. Sono state studiate le proprietà fisiche e chimiche del nanolubrificante, tra cui l'indice di viscosità, la stabilità, la volatilità, le proprietà tribologiche, le proprietà di ossidazione e la conduttività termica. I risultati hanno mostrato che l’inclusione nell’olio di nanoparticelle ibride MoS2-hBN allo 0,05% in peso ha ridotto significativamente il coefficiente di attrito e il diametro della cicatrice da usura rispettivamente del 68,48% e del 35,54%. Inoltre, ha mostrato un sostanziale miglioramento dell’ossidazione e della conduttività termica rispettivamente del 38,76% e del 28,30% a 100 °C. Questi risultati dimostrano il potenziale delle nanoparticelle ibride MoS2-hBN come additivo efficace per migliorare significativamente le proprietà del nanolubrificante. Inoltre, questo studio offre preziose informazioni sui meccanismi sottostanti responsabili dei miglioramenti osservati. I risultati promettenti di questa indagine contribuiscono al progresso dei lubrificanti basati sulle nanotecnologie, mostrando il loro potenziale per migliorare l’efficienza del motore e prolungare la durata dei macchinari.

I trasporti contribuiscono in modo determinante al consumo energetico globale e alle emissioni di gas serra (GHG), che determinano il cambiamento climatico e il riscaldamento globale. Una parte significativa dell'energia consumata nei trasporti viene utilizzata per superare l'attrito e l'usura delle parti mobili di un veicolo, con conseguenti notevoli perdite di energia e impatti ambientali1,2. Pertanto, è fondamentale ridurre l’attrito e garantire che gli elementi meccanici dei sistemi siano resistenti all’usura3. La lubrificazione svolge un ruolo fondamentale nel raggiungimento di questi obiettivi riducendo l'attrito e l'usura, risparmiando energia, riducendo le emissioni e prolungando la durata dei componenti. In presenza di un lubrificante, si forma una pellicola scorrevole, che riduce significativamente l'attrito, l'usura e la lacerazione tra le superfici accoppiate4,5,6. La lubrificazione della macchina dipende fortemente dalle qualità tribologiche dei mezzi lubrificanti. Tuttavia, i lubrificanti tradizionali incontrano limitazioni nel soddisfare le crescenti richieste di lubrificazione ad alte prestazioni in condizioni estreme pur essendo rispettosi dell’ambiente7,8,9.

I recenti progressi nel campo dei nanomateriali hanno aperto la strada allo sviluppo di nanolubrificanti progettati su scala nanometrica per mostrare prestazioni tribologiche del motore, caratteristiche dell'olio e risparmio di carburante migliorati10,11. I nanolubrificanti sono emersi come una soluzione promettente per affrontare le sfide della sostenibilità dei trasporti riducendo il consumo di energia, minimizzando l’usura e diminuendo le emissioni. Per migliorare ulteriormente le proprietà tribologiche, termiche e ossidative dell'olio motore SAE 20W40, questo studio indaga l'effetto sinergico di un ibrido di nanoparticelle di bisolfuro di molibdeno (MoS2) e nitruro di boro esagonale (hBN) come additivi. Incorporando l'ibrido MoS2-hBN, questo studio mira a migliorare le prestazioni dell'olio motore. Il MoS2 è un nanomateriale altamente efficace per ridurre l'attrito e l'usura grazie alle sue eccellenti proprietà lubrificanti. Di conseguenza, è diventato un additivo popolare nei lubrificanti12,13,14. Le nanoparticelle di MoS2 hanno una struttura cristallina esagonale e le loro proprietà intrinseche di lubrificazione sono dovute alle deboli forze di van der Waals tra gli strati sandwich S–Mo–S e alla pura carica positiva sulla superficie, che provoca la diffusione della repulsione elettrostatica. Ciò consente agli strati con forze molecolari deboli di scivolare facilmente l'uno sull'altro, riducendo l'attrito e l'usura sulle superfici accoppiate15,16.