MoS2의 시너지 성능 평가

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 12559(2023) 이 기사 인용

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본 연구에서는 새로운 나노윤활제 제제를 위한 고급 마이크로파 플랫폼을 사용하여 MoS2-hBN 하이브리드 나노입자를 합성했습니다. 합성된 나노입자는 전계방출 주사전자현미경, 에너지 분산형 X선 분광학, X선 회절 및 라만 분광학을 통해 특성화되었습니다. 그런 다음 하이브리드 나노입자를 20W40 디젤 기반 엔진 오일에 도입하여 나노윤활제를 제조했습니다. 점도 지수, 안정성, 휘발성, 마찰 특성, 산화 특성 및 열전도도를 포함하여 나노윤활제의 물리적, 화학적 특성을 조사했습니다. 결과는 오일에 0.05wt% MoS2-hBN 하이브리드 나노입자를 포함시키면 마찰계수와 마모흔 직경이 각각 68.48%와 35.54%까지 크게 감소한다는 것을 보여주었습니다. 또한, 100℃에서 각각 38.76%, 28.30%의 실질적인 산화 및 열전도도 향상을 보였다. 이러한 발견은 나노윤활제의 특성을 크게 향상시키는 효과적인 첨가제로서 MoS2-hBN 하이브리드 나노입자의 잠재력을 보여줍니다. 또한, 이 연구는 관찰된 향상을 담당하는 기본 메커니즘에 대한 귀중한 통찰력을 제공합니다. 이 조사의 유망한 결과는 나노기술 기반 윤활유의 발전에 기여하여 엔진 효율성을 개선하고 기계 수명을 연장할 수 있는 잠재력을 보여줍니다.

교통은 기후 변화와 지구 온난화를 유발하는 전 세계 에너지 소비와 온실가스(GHG) 배출의 주요 원인입니다. 운송 중에 소비되는 에너지의 상당 부분은 차량 움직이는 부품의 마찰과 마모를 극복하는 데 사용되어 상당한 에너지 손실과 환경 영향을 초래합니다1,2. 따라서 마찰을 줄이고 시스템의 기계적 요소가 내마모성을 갖도록 하는 것이 중요합니다3. 윤활은 마찰과 마모를 줄이고, 에너지를 보존하고, 배기가스를 줄이고, 부품의 수명을 연장함으로써 이러한 목표를 달성하는 데 중요한 역할을 합니다. 윤활제가 있으면 슬라이딩 필름이 형성되어 결합 표면 간의 마찰, 마모 및 찢어짐이 크게 줄어듭니다4,5,6. 기계 윤활은 윤활 매체의 마찰학적 특성에 크게 의존합니다. 그러나 기존 윤활제는 극한 조건에서 증가하는 고성능 윤활에 대한 요구를 충족하는 동시에 환경 친화적이라는 점에서 한계에 직면해 있습니다7,8,9.

최근 나노재료의 발전으로 향상된 엔진 마찰 성능, 오일 특성 및 연비를 나타내기 위해 나노 규모로 가공된 나노윤활제를 개발할 수 있는 길이 열렸습니다10,11. 나노윤활유는 에너지 소비를 줄이고, 마모를 최소화하며, 배기가스 배출을 줄여 운송의 지속 가능성 문제를 해결하는 유망한 솔루션으로 부상했습니다. SAE 20W40 엔진 오일의 마찰, 열 및 산화 특성을 더욱 향상시키기 위해 이 연구에서는 이황화 몰리브덴(MoS2)과 육방정 질화붕소(hBN) 나노 입자를 첨가제로 혼합한 하이브리드의 시너지 효과를 조사합니다. MoS2-hBN 하이브리드를 통합함으로써 본 연구는 엔진 오일 성능을 향상시키는 것을 목표로 합니다. MoS2는 뛰어난 윤활 특성으로 인해 마찰과 마모를 줄이는 데 매우 효과적인 나노 소재입니다. 결과적으로 윤활유에서 널리 사용되는 첨가제가 되었습니다12,13,14. MoS2 나노입자는 육각형 결정 구조를 갖고 있으며, 그 고유의 윤활 특성은 S-Mo-S 샌드위치 층 사이의 약한 반데르발스 힘과 표면의 순수 양전하로 인해 정전기적 반발력이 확산되기 때문입니다. 이를 통해 약한 분자력을 가진 층이 서로 쉽게 미끄러지도록 하여 결합 표면의 마찰과 마모를 줄입니다15,16.