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Schematische Darstellung des Gesamtkonzepts der Kombination von Oberflächenstrukturen mit…

Schematische Darstellung des Gesamtkonzepts der Kombination von Oberflächenstrukturen mit MXene-Beschichtungen, die durch Sprühbeschichtung erzeugt wurden. Lichtmikroskopische Aufnahmen von laserstrukturierten AISI 304-Stahlproben, die (a und b) linienförmige und (c und d) kreuzförmige Muster mit einer lateralen Periodizität von (a und c) 6 μm bzw. (b und d) 15 μm zeigen.

Ein zentraler Aspekt unserer Arbeit ist die maßgeschneiderte Synthese dieser Materialien. Wir verwenden nasschemische Verfahren, thermische Umwandlungen und selektives Ätzen von MAX-Phasen, um MXene mit maßgeschneiderten Eigenschaften herzustellen. Durch gezielte chemische Funktionalisierung mit Gruppen wie OH, O oder F sowie mit Polymeren und anderen Molekülen können wir die Oberflächeneigenschaften der Füllstoffe anpassen. Diese Feinsteuerung ist entscheidend für die Optimierung der Wechselwirkung zwischen MXene-Füllstoffen und Polymermatrizen und letztlich für die Beeinflussung des tribologischen Verhaltens unter Reibungsbelastung. Darüber hinaus entwickeln wir Hybridmaterialien, die zweidimensionale Nanostrukturen mit Polymeren oder metallischen Trägern integrieren und damit das Anwendungsspektrum dieser vielseitigen Materialklasse erweitern.
Wir verwenden eine Vielzahl hochauflösender Analysemethoden, um die Materialien selbst und tribologische Prozesse umfassend zu charakterisieren. Die Pulverdiffraktometrie (PXRD) dient der Strukturanalyse und liefert Informationen über Kristallstruktur, Interkalation und Schichtveränderungen. Die Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS) wird zur Analyse der chemischen Zusammensetzung von Oberflächen eingesetzt, insbesondere im Hinblick auf tribochemische Reaktionen. Infrarot- (IR) und Raman-Spektroskopie liefern Informationen über funktionelle Gruppen und strukturelle Veränderungen. Die Rasterelektronenmikroskopie (REM) ermöglicht zusätzlich zur optischen Mikroskopie die Visualisierung von Topografie, Beschichtungsmorphologie und tribologischen Spuren, während die Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) nanoskalige Strukturen, Defekte und Partikelbildung sowohl in den verwendeten Beschichtungssystemen als auch in den entstehenden Abrieb- und Verschleißpartikeln detailliert sichtbar macht.