Enquanto o Mars Perseverance Rover da NASA continua a explorar a superfície de Marte, os cientistas na Terra desenvolveram um novo carboneto de metal em nanoescala que poderia atuar como um "superlubrificante" para reduzir o desgaste em futuros rovers.

Pesquisadores do departamento de química da Universidade de Ciência e Tecnologia de Missouri e do Centro de Materiais em Nanoescala do Laboratório Nacional de Argonne, trabalhando com uma classe de nanomateriais bidimensionais conhecidos como MXenes, descobriram que os materiais funcionam bem para reduzir o atrito . Os materiais também devem ter um desempenho melhor do que os lubrificantes convencionais à base de óleo em ambientes extremos, diz o Dr. Vadym Mochalin, professor associado de química da Missouri S&T, que está liderando a pesquisa.

"Esses materiais superlúbricos são de interesse especial para aplicações avançadas de antidesgaste e lubrificação em condições extremas, como as agora experimentadas pelo rover Perseverance em Marte", diz Mochalin. Ele e seus colegas descrevem sua descoberta em um artigo publicado na edição de março de 2021 da revista Materials Today Advances ("Alcançando a superlubricidade com carbonetos de metal de transição 2D (MXenes) e revestimentos de MXene / grafeno").

Mochalin diz que fez a conexão entre esta pesquisa e a jornada do Perseverance a Marte depois de assistir a aterrissagem do veículo espacial.

"Quando vi o rover pousar em Marte, pensei:" E se o lubrificante em uma de suas rodas falhar? Então fiz a conexão com nosso trabalho em MXenes, porque me lembrei que acabamos de descobrir que MXenes demonstra superlubricidade em uma atmosfera desprovida de oxigênio e umidade, perto do que existe em Marte ", disse Mochalin.

MXenes (pronuncia-se Maxines) são materiais de carboneto de metal que possuem propriedades incomuns. Por exemplo, sua capacidade de conduzir eletricidade os torna candidatos para uso em armazenamento de energia, sensoriamento e optoeletrônica. Neste último estudo dos materiais, Mochalin e sua equipe conduziram uma série de testes para determinar quão bem eles agem como lubrificantes de estado sólido com certos materiais.

Os pesquisadores conduziram testes de fricção bola-no-disco em escala nanométrica depositando um carboneto de titânio MXene em um substrato de silício (o disco) que foi revestido com uma fina camada de sílica, que é o principal ingrediente da areia. Em seguida, eles testaram a capacidade do MXene de resistir ao desgaste, deslizando-o contra uma bola de aço revestida com carbono semelhante a um diamante. Eles conduziram esses testes em um ambiente de nitrogênio seco, o que reduz bastante a umidade.

Mochalin diz que os testes descobriram que a interface MXene entre a esfera de aço e o disco revestido de sílica resultou em um coeficiente de atrito no "regime superlúbrico" de 0,0067 a 0,0017. O coeficiente de atrito refere-se à quantidade de atrito entre dois objetos e determinado por um valor que geralmente está entre 0 e 1. Quanto menor o valor, menos atrito.

Quando a equipe adicionou grafeno ao carabina de titânio MXene, os resultados foram ainda melhores. Adicionar grafeno "reduziu ainda mais o atrito em 37,3% e o desgaste pelo fator de 2", sem afetar as propriedades superlubrificantes do MXene, escrevem os pesquisadores em seu artigo.

"Esses resultados abrem novas possibilidades para explorar a família de MXenes em várias aplicações tribológicas", escrevem Mochalin e seus colegas. Tribologia é o estudo do atrito, desgaste e lubrificação de superfícies de interação.

Embora esses superlubrificantes possam ser úteis para máquinas em ambientes extraterrestres - de rovers de Marte a equipamentos de mineração de asteroides - eles também podem ter benefícios mais realistas. Ao contrário dos lubrificantes à base de óleo, MXenes não dependeria de fontes de energia não renováveis, como carvão ou petróleo, diz Mochalin.