美国宇航局技术

车库地板上的油斑点从发动机滴下表示问题。这太小了,你推迟到机械师,直到你听到新的噪音,油压警告灯熄灭。坏消息是曲轴中的一个轴承是问题的来源。由于磨损,常圆形部分现在更椭圆形状。一些金属已经磨损,降落着你的昂贵修复。

纳米粒子的电子显微镜成像
在电子显微镜下观察,摩擦剂中的纳米颗粒一边是“粘性的”,另一边是“滑的”。粘着的一面会被摩擦区域吸引,附着在凹坑和沟槽上,形成一层一层的摩擦,直到摩擦消失。发动机环境的热量和压力将纳米颗粒融合在一起,形成一个新的光滑表面,通常比原来的材料更光滑。

这种磨损在发动机部件上是常见的,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。通过固定磨损部分来扭转磨损的想法是华盛顿州立大学博士候选人Pavlo " Pasha " Rudenko的梦想,他决定研究使用智能纳米颗粒来替代腐蚀材料。

将损坏的部件修复到类似新的状态也引起了NASA的兴趣。2011年,NASA通过华盛顿太空资助联盟(Washington Space Grant Consortium)向Rudenko颁发了一项奖学金,以研究纳米技术的这种新应用。

1989年,美国宇航局启动了国家太空基金学院和奖学金项目(National Space Grant College and Fellowship program),也被称为太空基金(Space Grant),目的是在有助于推进太空任务的学科领域“为美国的科学事业做出贡献”。竞赛奖代表了新研究的前沿或在新方向上已建立的学科。鲁德科的纳米涂层属于摩擦学的研究领域,摩擦学是研究摩擦、润滑和磨损的科学和工程。

在相对运动中运动的部件,无论是一起工作还是相互对抗,都将总是经历摩擦,迟早会磨损。在部件之间的摩擦影响机器性能的情况下,需要使用润滑剂。许多常见的润滑剂都是油基的矿物或植物,并含有大量的强化添加剂,如果没有这些添加剂,油会很快降解。此外,这些溶解或悬浮在油中的化学物质具有多种功能:它们在不同温度下达到最大粘度,清除碎屑,提高化学稳定性。

Rudenko对纳米技术添加剂的研究来修复发动机部件的磨损于2009年开始,从努力改善现有润滑油。从美国能源部获得水电研究基金会的授予,开发了初步数据。他成功的美国国家航空航天局的奖学金应用程序建议创造一个在任何温度下工作的纳米粒子润滑剂,包括在极端空间中。

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认为这解决方案是卫星和太空车辆的理想选择。除了保持良好的修复部分外,这种纳米流体润滑剂还可以使用它延长系统的功能寿命。他的初始大学研究确定了最佳材料 - 一种陶瓷类型 - 这是有效的,耐用的和无毒的陶瓷。但是合成材料也昂贵。

NASA的反馈是积极的,但现实是需要多长时间才能使这种新技术进入太空。在技术发展的如此早期阶段,资格证书并不实用,所以Rudenko转向私营部门继续他的研究和发展。

技术转让

一辆展出的白色跑车
所有金属发动机零件经历磨损时润滑剂无法防止摩擦造成的损坏,但摩托斯声称其产品可以通过更换摩擦磨损的材料来扭转该损坏。该公司提供各种发动机类型的产品,从跑车,半拖拉机拖车到紧凑型汽车,草坪割草机和发电机的较小发动机。

在2013年成立TriboTEX公司并成为其首席技术官之前,Rudenko寻求更多的纳米粒子制造融资机会。奇点大学(Singularity University)获得了《太空法案》(Space Act)协议和艾姆斯研究中心(Ames Research Center)的支持,位于美国国家航空航天局(NASA)艾姆斯研究公园(Research Park at Ames)。奇点大学获得了全球影响奖(Global Impact Award),帮助这家初创公司起步。来自美国国家科学基金会的两份小企业创新研究(SBIR)合同使Rudenko能够规模化生产他的纳米粒子。

这种材料也被称为纳米薄片,一面是粘性的,另一面是光滑的。粘性的一面被摩擦点吸引并附着在这些点上,使光滑的一面朝外。这一过程一遍又一遍地发生,形成纳米粒子层,直到给定的粗糙点被抚平,就像在街道上填坑一样。摩擦产生的热量和压力自然地将纳米薄片结合在一起,形成一种新的、耐用的碳晶格表面,Rudenko称之为“类金刚石”。

即使金属部件的表面在肉眼和触觉上看起来是光滑的,原子力显微镜也可以揭示纳米颗粒层面的缺陷,这些缺陷可以并且确实产生摩擦。为了解决这些发动机上的小缺陷,第一个适用于汽车的摩擦剂配方诞生了。

好处

随着产品配方的改进,大规模生产的能力,以及一家营销和分销产品的公司,鲁德科发起了一场众筹活动。2017年,他获得了启动TriboTEX所需的资金,筹集了超过50万美元,并赢得了Indiegogo 2018年创新产品奖。

在10年的产品开发过程中,公司多次出席会议和贸易展览。该技术获得的众多奖项包括国防创新奖、美国工程教育协会奖学金、许可执行协会成员选择奖和华盛顿大学最佳技术奖。

Tricotex液体注入发动机
TriboTEX的产品可以由消费者直接添加到预热过的发动机。从那里开始,随着时间的推移,它开始修复损伤。

今天,有3万多辆小汽车和卡车在使用摩擦剂。这些使用数据为合成纳米粒子产生预期结果提供了更多证据。最常见的好处是油耗增加,扭矩增加,油压增加。

在拥有130,000英里或更长时间的汽车中,该公司声称燃油经济可提高至6%以及圆柱体压缩的增加。通过填充小于40微米的间隙和凹槽,颗粒还减少发动机噪声,围绕人发的宽度 - 尽管它们也停止在填充间隙时停止建立。Rudenko表示,汽车也可以提高其发动机电量高达3%的发动机电力,并指出这对于避免拆除发动机的任何部分的成本来说,这是显着的。他补充说,每40,000英里向车辆添加到车辆上的TRAFOTEX将确保有足够的纳米颗粒可用于修复经历显着摩擦的发动机的部分磨损的新实例。

由于消费者已经使用了TriboTEX,他们提出了其他潜在的应用,该公司正在回应。它现在提供一种小型发动机产品,用于摩托车、割草机、发电机和小型汽车。一个高性能的版本是为工作在柴油卡车和大引擎跑车。“大型钻机”公式处理半牵引车拖车发动机。一家全国性的商用卡车运输公司正在其车队的一些卡车上测试TriboTEX。但是汽车和卡车仅仅是个开始。

“我们正在努力在航空齿轮箱中使用纳米材料,”Rudenko说。AFWerx是美国空军的一项计划,旨在促进行业,学术界和非传统贡献者的参与,以发展创新文化,授予The Tricotex A阶段SBIR合同。这使得Tricotex可以创建新公式并制定所需的机械师的程序。如果批准II阶段资金,则纳米粒子添加剂将在空气试验台中运行。

Rudenko认为这个航空的机会是全圈到美国宇航局,帮助他意识到他在飞行机器中的梦想。

“美国宇航局的支持对于到达这一点至关重要,”他说。