Posunutí tisíce tun mávnutím ruky

Mezinárodní tým vědců na katedře řídící techniky Fakulty elektrotechnické dospěl k úžasnému objevu. Využitím vlastností tzv. dvojrozměrných materiálů se mu podařilo výrazně snížit tření mezi dvěma objekty. Jde o dosud nejnižší naměřenou hodnotu tření, ta dosáhla jedné milióntiny. S takto nízkým třením by podle vědců nebyl problém pohnout s tisícitunovým břemenem pouhou rukou.

Tření mezi dvěma smýkajícími se materiály známe každý z fyziky základní školy. Způsobuje velké energetické ztráty a je hlavní příčinou opotřebení součástí. Z finančního hlediska se může jednat až o ztráty v 5% HDP, což není málo. Přibližně 20% vynaložené energie je spotřebováno na překonání třecích sil. Často se ke snížení těchto ztrát používají tekutá maziva, ale ta nelze použít ve všech aplikacích.

Superlubrikanty jako budoucnost

Tým vedený Skupinou pokročilých materiálů se zabývá pevnými látkami – superlubrikanty, jejichž součinitel tření se teoreticky blíží nule. S cílem snížit tření na co nejnižší hodnotu navrhli materiál tvořený vrstvičkami sulfidu molybdeničitého, grafenu nebo nitridu boritého.

Tým při vývoji využíval mimo jiné i simulace v atomárním měřítku, díky kterým mohli sledovat podíl hran a topologie dvojrozměrného materiálu na celkovém tření.

Úspěch v Nature Materials

S úspěchem se řešení potkalo i na mezinárodním poli. Výsledky byly totiž prezentovány v lednovém vydání časopisu Nature Materials, kde byla v doprovodném článku recenzentů oceněna chytrost a elegance použité experimentální metody. Pro FEL ČVUT se jednalo o první článek s impakt faktorem přes 40 a vůbec prvního českého autora v tomto časopise.

„Námi zvolená kombinace materiálů s velkým rozdílem mřížkové konstanty, což je například MoS₂ vs. grafen, zaručuje nízké tření nezávislé na směru pohybu. To byla dosud hlavní překážka na cestě k superlubricitě,“ pokračuje Tomáš Polcar a dodává: „S tak nízkým třením bychom teoreticky dokázali rukou posunout objekt vážící tisíc tun.“

Dalšími kroky bude nalezení praktického využití těchto vlastností. Mohlo by se jednat o lineární posuvy v robotice. Vzhledem k velké poptávce ze strany průmyslu se dají v tomto směru očekávat další významné objevy.