Мотори на прекретници Збогом, трење! Инжењери одавно сањају да победе трење. Сада су, изгледа, на правом путу да тај вековни сан и остваре
| | Чаробним слојем који укида трење најпре су превучени подизачи вентила „Нисановог” мотора (на слици). Покретани брегастом осовином, они управљају радом вентила (а тиме и усисавањем горива и продуктима сагоревања). Очекује се да ће убудуће и други делови мотора бити обрађени на исти начин. (клик за увећање) |
Упркос открићу точка трење није престало да мучи стручњаке. Чак једна четвртина потенцијалне енергије горива губи се у класичним моторима због трења између њихових покретних делова. Зато је и додирна површина зупчаника смањивана док није сведена на најмању могућу меру. Према неким истраживањима, у САД годишњи трошак изазван трењем (хабање, одржавање машина, губитак енергије...) превазилази износ од 794 милијарде долара! Ипак, недавно је једна међународна група истраживача (из Француске, САД и Јапана) успела да оствари коефицијенат трења који је толико низак да се први пут може говорити о „суперклизању”. Две металне површине кретале су се готово без трења једна преко друге захваљујући танком слоју тетраедарског угљеника, скраћено ta-C, и глицеролу. Тетраедарски угљеник сличан је дијаманту, само нема кристалну грађу, а глицерол је алкохол налик уљу. Што је још боље, не ради се само о теорији јер је крајем 2006. године „Нисан” направио први мотор (VQ35HR, на слици) који је почео да користи ово откриће. А аутомобилски мотори никако неће бити једини на добити, већ готово све машине. Да би се изборили с трењем, стручњаци су годинама усавршавали поступке добијања што глаткијих додирних површина. На крају, када су успели да их углачају до ступња самих атома, наишли су на непремостиву тешкоћу. Атоми (и силе којима делују на околину) стварају такозвану „елементарну храпавост” коју ни најбоље глачање не може да смањи. Тако се поступак смањења трења свео на тражење начина како да се оно умањи између прва два (почетна) атомска слоја површина у додиру. Истраживачи су поверовали да су коначно нашли „грал” када је 1991. године Јапанац Мотохиша Хирано открио да две површине кристалне грађе клизају готово без трења - уколико се поставе под одређеним, „магичним” углом. Тада почетни атомски слојеви не залазе један у други, па нема ни трења. Замисао „суперклизања” је рођена, а овакве превлаке кристалне грађе обећавале су много: коефицијент трења који је сто пута мањи од било ког познатог сувог материјала, а десет пута нижи ако се ради о материјалима који се подмазују. Нажалост, Хиранова замисао могла је успешно да се изведе само с материјалима изузетне чистоће и у вакууму, па је остала далеко од применљивости (изузев за услове који владају у васиони). Збогом, суперклизање, трење је опет победило?! Ипак, откриће споја ta-C / глицерол донело је жељени преокрет. Заправо, материјал ta-C откривен је захваљујући физичару Ивану Аксенову, почетком осамдесетих година 20. века у Совјетском Савезу. Велика тврдоћа овог материјала подарила му је површину која је изузетно глатка. Остало је још да се нађе погодно мазиво да би се достигла и суперклизавост. После многих огледа истраживачи из Лиона, са Калтеча и из јапанског „Нисана” изабрали су глицерол, алкохол са три атома угљеника (C3H8O3). Захваљујући овом алкохолу који праве биљке (биоразградив је и потпуно безбедан за људску употребу, па се користи у фармацији као редован састојак у сирупима, супозиторијама...), коефицијенат трења ta-C додатно је смањен. Заправо, пао је до те мере да је постигао чудесне вредности кристалних материјала када су на магичном углу. Али овај пут то се догодило под уобичајеним атмосферским условима! Која се тајна крије иза оваквих резултата? Они заправо почивају на једној досетки. Пошто се филм од ta-C дебљине 1 микрометар нанесе на метал (испаравањем чистог угљеника у вакууму), он се поступком који се још држи у тајности пресвлачи врло танким, 2 нанометра дебелим слојем графитног угљеника. Овај угљеник врло је реактиван и служи да се на њега вежу OH групе глицерола. Али те ОХ групе не приањају тако чврсто као што то чине атоми метала, већ клизе, „сурфују” једне преко других. Осим тога, слој глицерола чува ta-C од штетног атмосферског утицаја, па зато овај материјал може несметано да се користи и на ваздуху. Код пробног мотора који је направио „Нисан” слој ta-C нанесен је само на подизаче вентила. И то је било довољно да се потрошња горива смањи за 2 одсто. Кад се овај материјал нанесе и на друге делове мотора, нарочито оне који су познати по великом трењу, на пример клипове, добиће се знатно већа уштеда. Међутим, смањење потрошње горива није сва добит. Ако би се као мазиво користио монолеат глицерола (дериват глицерола који не мрзне на 0 степени Целзијуса), могла би да се избаце из употребе савремена уља која у саставу обавезно имају додатке који загађују околину (сумпор, фосфор...). Ни то није крај могуће употребе чаробног споја ta-C / глицерол. Ту су још хидрауличне дизалице, микромашине, електронски склопови, сатови... листа је готово бесконачна и протеже се и ван граница механике. Ко зна, можда ћемо се за коју годину бријати бријачима који ће, захваљујући ta-C, клизити по нашој кожи без икаквог отпора.
Г. В.
|