Tribologie dělá vše pro to, aby snížila ztráty způsobené třením. Dnes se tak děje především s pomocí hojně rozšířených kapalných maziv. Ovšem v 21. století byla objevena slibná možnost, jak by se „mazání" dalo dále vylepšit a ztráty způsobené třením snížit.
Ukázka tří kombinací 2D materiálů při hledání superlubrikantu. Vlevo nahoře (A) jde o vrstvu molybdendisulfidu na vrstvě grafitu. Na obrázku B je vrstva molybdendisulfidu na ploše z nitridu boritého. Na posledním obrázku je pak vrstvička grafenu na nitridu borném. Extrémně nízké tření bylo naměřeno v případech na obou vzorcích s molybdendisulfidem /Foto: Liao a kol./
Každým rokem padne nezanedbatelné množství energie, ať už na překonání samotného tření, tak na výrobu náhradních dílů za ty, které se třením opotřebovaly. Řádově několik jednotek procent výkonu automobilu se vynaloží na překonání tření jeho součástek. Moderní řešení vedoucí ke snižování ztrát způsobených třením nabízejí takzvané 2D materiály, tedy látky, které se vlastně chovají, jako kdyby byly dokonale ploché.
Prvním z nich byl grafen, jenž v roce 2004 zájem o tento typ látek nastartoval. Grafen se však doposud příliš nevyužívá, protože se ho nedaří vyrábět levně a ve větším množství. Stal se ovšem inspirací pro celou řadu jiných 2D materiálů, z nichž některé by mohly v brzké době najít zajímavé uplatnění. Možná třeba i jako maziva. Nikdo sice netvrdí (alespoň zatím), že by takové látky v dohledné době měly nahradit kapalné lubrikanty. Ale již dnes se najde dost zajímavých aplikací, pro které se oleje či podobná maziva prostě nehodí a tuhá maziva by se tam uplatnit mohla. Někde se už dokonce uplatňují, ale samozřejmě další zlepšení jsou možná.
Olej nemůžete používat například pro mazání chirurgických šroubů. Kapalná maziva se nehodí ani pro použití ve vakuu; přitom i družice mohou obsahovat pohyblivé díly, jež by potřebovaly „čas od času promazat". Kapalná maziva mohou být problematická také v elektromobilech, a to v důsledku výskytu bludných proudů, jež mohou lubrikant znehodnotit.
Nejde však pouze o náhradu klasických maziv. Z hlediska vědců, které zajímá tření, je na těchto plochých materiálech úžasné i to, jak jsou jednotvárné. Povrch grafenu (a dalších podobných materiálů) je tak nezajímavý, jak si jen dokážete představit - v lidském měřítku by to byla k zešílení nudná a plochá nekonečná rovina. Současná „věda o tření" má však s čímkoliv složitějším ohromné potíže.
Vysvětluje to Tomáš Polcar z fakulty FEL ČVUT: „Tření dvou pevných povrchů je neuvěřitelně složitý proces, který do matematických vzorů zatím nedokážeme nijak přepsat." Když se setkají dva takové prakticky dokonale ploché materiály, je to diametrálně jednodušší děj než setkání vašeho prstu s plochou stolu.
Simulace musejí přesto probíhat na superpočítačích, a ani tak nejsou přesné natolik, jak by si vědci představovali. Problém je v jistém nesouladu mezi mikrosvětem a makrosvětem. Dnes je možné přesně popsat jen chování atomů v mikroskopickém měřítku. Na ČVUT si tak například na své pokusy vědci vybrali materiály, o kterých předpokládali, že by díky své atomové struktuře po sobě mohly dobře „klouzat".
Na tyto odhady lze ovšem spoléhat pouze do určité míry. V makroskopickém měřítku totiž hraje roli více faktorů, z nichž řada je navíc těžko předvídatelných. S pomocí měření mohou vědci celkem dobře určit, co se ve vzorku děje, ale výsledky simulací často reálným experimentům neodpovídají.
Právě to by mezinárodní skupina působící na katedře řídicí techniky FEL ČVUT chtěla změnit. Cílem je vytvořit mnohem spolehlivější a přesnější simulaci, která by už dokázala spolehlivě předpovídat, jak velký odpor při setkání dvou 2D materiálů vznikne.
(Celý článek naleznete v příštím vydání Technického týdeníku.)