Operando의 이온 경계층에 대한 마찰전자 제어로 윤활 한계 확장

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 20479(2022) 이 기사 인용

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생분해성 오일의 첨가제로 사용되는 비할로겐화 포스포늄 오르토보레이트 이온성 액체의 윤활에 대한 전위의 영향을 연구했습니다. 롤링 강철 공과 회전하는 실리카 코팅 유리 디스크 사이의 윤활유 필름 두께를 측정하도록 설계된 장비를 중심으로 사내 마찰전자공학 시스템이 구축되었습니다. 강철 공과 맞춤형 상대 전극 세트 사이에 전기장을 가하면 윤활막 두께의 변화가 명확하게 유도됩니다. 음전위에서는 현저한 감소, 양전위에서는 증가가 나타납니다. 보완적인 중성자 반사율 연구는 흡착질의 고유한 전기 반응성을 입증했습니다. 이는 금 코팅된 실리콘 블록에서 수행되었으며 동일한 윤활 시스템에서 오일을 중수소화하여 가능해졌습니다. 결과는 강철 표면에 흡착된 필름의 앵커 역할을 하는 음이온이 두껍고 견고한 윤활 이온 경계 필름을 형성하는 데 중요한 역할을 한다는 것을 나타냅니다. 전기화학적 창 외부에 높은 양전위를 적용하면 필름 두께가 엄청나게 증가하여 이온 다층의 형성을 암시하고 해상 풍력 및 파도와 같이 접근할 수 없는 기계에서 실패한 접점을 원격 제어할 수 있는 타당성을 입증했습니다. 전력 설비.

마찰을 극복하고 기계의 마모 관련 고장을 해결하기 위해 소비되는 에너지는 전 세계 에너지 소비에 크게 기여합니다(2017년 약 23%)1. 기계 부품의 마찰과 마모를 줄이기 위한 새로운 표면, 재료 및 윤활 기술 개발에 초점을 맞춘 마찰 공학 연구는 에너지 소비와 배출을 줄일 수 있는 엄청난 잠재력을 가질 것으로 예측되었습니다1,2. 지속 가능한 윤활 관점에서 대부분의 연구는 기계 효율성과 신뢰성을 향상시키는 데 도움이 되는 환경적으로 허용되는 윤활제를 개발하는 데 중점을 두고 있습니다3. 현대 기계가 점점 소형화되고(전력 밀도 증가를 위해) 전기화됨에 따라 윤활 시스템에 대한 기능적 요구도 증가하고 있습니다. 이는 트라이보트로닉스(tribotronics)와 같은 새로운 대체 윤활 개념으로 이어지고 있습니다.

Tribotronics는 마찰 및 마모와 같은 손실 출력을 현장에서 제어하여 기계 효율성과 내구성을 향상시키는 것을 목표로 하는 마찰 공학과 전자 장치의 융합입니다4. 마찰공학 시스템에는 마찰 접촉, 센서(마찰, 진동, 온도 등 모니터링), 액추에이터 및 제어 장치4가 포함됩니다. 특정 공칭 온도(보통 100\(^\circ\)C)5 미만의 녹는점을 갖는 유기 염으로 정의되는 이온성 액체(IL)는 이온 특성으로 인해 마찰 전자 작동 시스템의 실행 가능한 후보로 떠올랐습니다. IL은 또한 온도, 압력, 전기장과 같은 외부 요인의 영향을 받아 이온 역학의 변화를 겪는 능력을 나타냅니다6.

IL은 순수 윤활제7,8,9,10,11,12,13로서 IL에 의해 우수한 윤활 특성이 입증되었으며, 어떤 경우에는 완전하게 배합된 윤활유10,11,14보다 성능이 뛰어납니다. 윤활유 첨가제로 적용하기 위해 유용성 IL을 합성하고 마찰학적으로 평가하기 위한 연구 노력도 이루어졌습니다. 이러한 IL 중 일부는 ZDDP17에 필적하는 내마모 성능을 나타내며 함께 사용하면 시너지 효과도 나타냅니다. 하전된 표면을 향한 IL의 표면 활성으로 인해 정렬된 경계막이 형성되는 것이 입증되었습니다. 이러한 비희생 필름은 마찰을 줄이고 접촉 분리를 유지하는 데 도움이 되는 것으로 나타났습니다31,32. 가장 널리 사용되는 IL은 화학적 응용을 위해 만들어졌기 때문에 그 구조에는 가수분해 시 독성 및 부식성 할로겐화물을 형성하는 경향이 있는 할로겐이 포함되어 있습니다. 이 문제를 해결하기 위해 붕소 및 인 기반 비할로겐화 IL이 윤활 연구용으로 설계되었습니다.