美国国家航空航天局(NASA)技术

车库地板上的油点从你的引擎上滴下来说明有问题。它太小了,你不得不推迟去修车的时间,直到你听到一种新的噪音和油压警示灯熄灭。坏消息是,其中一个轴承在曲轴是问题的来源。由于磨损,通常是圆形的部分现在变成了椭圆形。有些金属已经磨损了,修理起来要花很多钱。

从纳米颗粒的电子显微镜的图像
在电子显微镜下可以看到,TriboTEX中的纳米颗粒在一边是“粘的”,在另一边是“滑的”。粘性的一面被摩擦区域吸引,附着在凹坑和沟槽上,不断堆积,直到消除摩擦。发动机环境的热量和压力将纳米粒子融合在一起,创造出一种新的光滑表面,通常比原来的材料更光滑。

这种对发动机部件的磨损是常见的,因为摩擦,它发生在所有有运动部件的机械。减少摩擦的润滑剂只能延缓和减少这种不可避免的损害。华盛顿州立大学博士候选人Pavlo“Pasha”Rudenko的梦想是通过修复磨损的部分来逆转磨损,他决定研究使用智能纳米颗粒来替代侵蚀材料。

恢复损坏的部件到如新的状态也是耐人寻味的美国航空航天局,在2011年荣获鲁坚科的奖学金通过华盛顿空间格兰特财团追求纳米技术的新应用。

1989年,美国航空航天局启动了国家太空授予学院和奖学金项目,也被称为空间格兰特,在学科的帮助下提前代表团“贡献国家的科学事业”。竞争激烈的奖项代表了新的研究或正在建立的学科在新的方向的前沿。鲁坚科的纳米涂层掉进称为摩擦学,科学和工程背后的摩擦,润滑和磨损的研究领域。

零件是在移动的相对运动,无论是工作或一起对抗对方,总是会经历摩擦,早晚磨损。在的情况下之间份抑制机器性能的摩擦中,使用润滑剂。许多常见的润滑油是石油为基础的矿物或植物,并含有大量补品添加剂,没有这些油会很快降解。此外,这些化学品,其被溶解或悬浮在油中,执行各种功能:它们在不同温度下,除去碎片最大化的粘度,并提高化学稳定性。

2009年,鲁登科开始研究一种纳米技术添加剂,以修复发动机部件的磨损。水力发电研究基金会(Hydropower Research Foundation)提供的资金和美国能源部(U.S. Department of Energy)提供的资金开发了初步数据。他成功地申请了美国宇航局的奖学金,提出创造一种纳米颗粒润滑剂,可以在任何温度下工作,包括在极端的太空中。

其目标是使用现有的液体润滑剂将纳米颗粒直接携带到摩擦点。Rudenko认为这种解决方案对于卫星和太空飞行器来说是理想的。除了保持零件的良好维修,这种纳米流体润滑剂还可以延长使用它的系统的功能寿命。他最初的大学研究确定了最好的材料——一种陶瓷——它有效、耐用、无毒。但这种合成材料的制造成本也很高。

美国航空航天局的反馈是积极的但由它需要多长时间才能有资格这样的新技术,空间,现实的磨砺。资格不是在技术的生命的早期阶段的实际,所以鲁坚科转向私营部门继续他的研究和开发。

技术转让

上显示白色跑车
当润滑剂不能防止摩擦造成的损坏时,所有的发动机金属部件都会磨损,但TriboTEX声称,它的产品可以通过更换摩擦磨损的材料来扭转这种损坏。该公司提供一系列发动机类型的产品,从大型高性能发动机的跑车和半拖拉机挂车,小型发动机的紧凑型汽车,割草机和发电机。

从2013年开始TriboTEX LLC和成为其首席技术官之前,鲁坚科所追求的纳米粒子制造额外资金的机会。全球影响力奖奇异的大学,艾姆斯研究中心太空行动协议支持,并安装在NASA研究园埃姆斯的组织,帮助刚刚起步的公司开始。两个小企业创新研究(SBIR)从美国国家科学基金会的合同启用鲁坚科规模生产纳米他的。

这种材料,也称为纳米薄片,一面是粘性的,另一面是光滑的。粘性的一面被摩擦点吸引,附着在摩擦点上,而光滑的一面朝外。这种情况反复发生,不断堆积纳米颗粒层,直到某个粗糙的地方被抹平,就像填满街道上的坑洞一样。摩擦产生的热量和压力将纳米薄片结合在一起,形成了一种新的、耐用的碳晶格表面,Rudenko称之为“类钻石”。

即使当金属部件的表面出现平滑到眼睛和触摸,原子力显微镜可以揭示在能够和不产生摩擦的纳米颗粒水平的瑕疵。朝向固定在发动机这些微小的缺陷的目的,第一TriboTEX式是为了工作在汽车。

好处

随着他的产品配方精制而成,制造它的规模分配的产品的能力,以及公司以市场和,鲁坚科开展了群众集资活动。2017年,他获得需要推出TriboTEX资金,筹得超过50万美元,并赢得2018奖项的包括Indiegogo创新产品。

纵观10年的产品开发,公司提出在会议和贸易展览许多露面。一些许多奖项的技术赢得了包括工程教育奖学金国防部创新奖,美国社会,许可贸易工作者协会会员选择奖和华盛顿最佳技术大学。

摩擦胶液体被注入发动机
TriboTEX的产品能够被消费者直接添加到暖机发动机。从那里,它开始修复损伤随着时间的推移。

今天,有3万多辆汽车和卡车在使用TriboTEX。这些使用数据扩大了合成纳米颗粒产生预期结果的证据。据司机报告,最常见的好处是提高油耗、增加扭矩和增加油压。

该公司称,在续航里程超过13万英里的汽车中,随着气缸内压缩的增加,燃油经济性可以提高6%。这种微粒还能通过填充40微米(相当于人类头发的宽度)的缝隙和沟槽来降低发动机噪音,尽管缝隙一旦被填满,它们也会停止堆积。Rudenko说,汽车还可以将发动机功率提高到3%,这对于一种避免拆卸发动机任何部分的成本的处理来说是非常了不起的。他补充说,每行驶4万英里,在车辆上增加TriboTEX,就能确保有足够的纳米粒子来修复发动机中出现的新磨损情况。

随着消费者使用TriboTEX,他们提出了其他潜在的应用,该公司也做出了回应。它现在提供一种小型发动机产品,用于摩托车、割草机、发电机和紧凑型汽车。一种高性能的版本被设计用于柴油卡车和大引擎跑车。“大钻机”配方适用于半挂车拖车发动机。一家全国性的商业卡车运输公司正在其车队的多辆卡车上测试TriboTEX。但是汽车和卡车只是开始。

“我们正在研究在航空变速箱中使用纳米材料,”Rudenko说。AFWERX是美国空军的一个计划,旨在促进工业、学术界和非传统贡献者之间的互动,以发展创新文化,该计划授予TriboTEX第一阶段SBIR合同。这使得TriboTEX能够创建新的公式并开发所需的机械程序。如果第二阶段资金获得批准,这种纳米颗粒添加剂将在空军试验台运行。

鲁登科认为,航空领域的这个机会可以让他绕着NASA转一圈,帮助他实现在飞行器中的梦想。

他说:“NASA的支持是实现这一目标的关键。”