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Un matériau qui réduirait la friction et l’usure des véhicules extraterrestres

Alors que le Mars Perseverance Rover de la NASA continue d’explorer la surface de Mars, des scientifiques sur Terre ont développé un nouveau carbure métallique à l’échelle nanométrique qui pourrait agir comme un superlubrifiant pour réduire l’usure des futurs véhicules d’exploration interplanétaire.

Des chercheurs du département de chimie du Missouri S&T et du Centre pour les matériaux nanométriques du Argonne National Laboratory qui, travaillant avec une classe de nanomatériaux bidimensionnels connus sous le nom de MXènes (une famille de matériaux 2D), ont découvert que ces matériaux permettent de réduire le frottement. Les matériaux devraient également être plus performants que les lubrifiants conventionnels à base d’huile dans des environnements extrêmes, selon Vadym Mochalin, professeur agrégé de chimie au Missouri S&T, qui dirige la recherche.

« Quand j’ai regardé l’atterrissage du rover sur Mars, j’ai pensé : Et si le lubrifiant dans l’une de ses roues tombe en panne ? Ensuite, j’ai fait le lien avec notre travail sur les MXènes, car il m’est venu à l’esprit que nous venions de découvrir que les MXènes font preuve de superlubricité dans une atmosphère dépourvue d’oxygène et d’humidité, proche de ce qui se trouve sur Mars », affirme Vadym Mochalin.

Au cours de leurs travaux, les chercheurs en question ont effectué des tests de friction boule sur disque à l’échelle nanométrique en déposant un carbure de titane MXène sur un substrat de silicium (le disque) qui était recouvert d’une fine couche de silice, qui est l’ingrédient principal du sable. Ils ont ensuite testé la capacité du MXène à résister à l’usure en le faisant glisser contre une bille en acier revêtu de carbone de type diamant. Ils ont effectué ces tests dans un environnement d’azote sec, ce qui réduit considérablement l’humidité.

Les tests ont révélé que l’interface MXène entre la bille d’acier et le disque revêtu de silice entraînait un coefficient de frottement dans le « régime superlubrique » de 0,0067 à 0,0017. Le coefficient de frottement fait référence à la quantité de frottement entre deux objets et est déterminé par une valeur généralement comprise entre 0 et 1. Plus la valeur est faible, moins le frottement est important. L’ajout de graphène a encore réduit le frottement de 37,3 % et l’usure d’un facteur 2, sans affecter les propriétés superlubrifiantes du MXene, ont observé les chercheurs.

« Ces résultats ouvrent de nouvelles possibilités pour explorer la famille des MXènes dans diverses applications tribologiques », estime Vadym Mochalin.

https://www.mst.edu/