Maximierung der mechanischen und tribologischen Eigenschaften von MXene-Festschmierstoffen (MAX-METRIB)

• Antragsteller: Professor Dr. Volker Presser
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 544839022

Energieeinsparungen durch effizientere mechanische Systeme sind unumgänglich, um Emissionen zu reduzieren und damit unsere Klimaziele zu erreichen und zu einer nachhaltigeren Zukunft beizutragen. Einer der wichtigsten Punkte bei der Entwicklung effizienterer Systeme ist die Verringerung von Reibung und Verschleiß durch den Einsatz neuer Schmierstofftechnologien. In den letzten zwei Jahrzehnten wurden Materialien mit einem schichtartigen Aufbau, so genannte zweidimensionale (2D) Materialien, als Festschmierstoffe intensiv erforscht. Diese haben teilweise eine extreme Reduzierung der Reibung und des Verschleißes gezeigt. Dies ist vor allem auf ihre leicht scherbaren Eigenschaften zurückzuführen, bei denen die einzelnen Schichten leicht gegeneinander gleiten können (wie in einem Kartendeck) und die Bildung von schützenden Triboschichten. Um ihre Anwendbarkeit zu verbessern, müssen jedoch insbesondere die Mechanismen, die für ihre hervorragende tribologische Leistung verantwortlich sind, besser verstanden werden. Eines der neuesten Mitglieder der Klasse der 2D-Materialien sind MXene, d. h. 2D-Karbide, -Nitride und -Carbonitride. Wir erwarten, dass diese Materialien dazu beitragen können, die tribologischen Mechanismen von 2D-Materialien zu entschlüsseln, da sie eine hochgradig kontrollierbare Familie von 2D-Materialien sind. Die Vielseitigkeit der MXene in Bezug auf Zusammensetzung, Schichtdicke, Schichtanzahl und Oberflächenabschlüsse macht sie zu idealen Modellmaterialien, um den Einfluss dieser Parameter auf das tribologische Verhalten zu untersuchen. Im vorliegenden Projekt sollen mehrere MXene kontrolliert synthetisiert werden, wodurch auch eine maßgeschneiderte Oberflächenchemie entsteht. Festschmierstoffschichten werden durch Sprühen und Klingenbeschichtung hergestellt. Insbesondere ihre tribologische Leistungsfähigkeit soll unter verschiedenen Betriebsbedingungen wie Temperatur und Belastung getestet werden. Eine systematische Charakterisierung in hochmodernen Anlagen in Kombination mit fortschrittlichen Materialcharakterisierungstechniken wird es ermöglichen, die strukturellen Parameter von MXenen mit ihren mechanischen und tribologischen Eigenschaften in Beziehung zu setzen. Ein detailliertes Verständnis der Mechanismen, die für die tribologische Leistung von 2D-Materialien verantwortlich sind, erleichtert die Modifikation und Anpassung von Schmierstoffen an die jeweiligen Betriebsbedingungen. Daher stellen die in dieser Studie gewonnenen Erkenntnisse einen wichtigen Schritt bei der Entwicklung neuer Schmierstofftechnologien auf der Grundlage von 2D-Materialien dar, welche für die Konzipierung hocheffizienter und nachhaltiger Systeme erforderlich sind.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich
• Partnerorganisation: Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF)
• Kooperationspartner: Professor Dr.-Ing. Carsten Gachot