Diagramm zur Veranschaulichung der Synthese von MXenen, TMCCs und 2D-MOFs. Zu den wichtigsten Schritten gehören die Materialsynthese, die Dispersionsstabilität, die Beschichtung und Tribotests.

© Edoardo Marquis

Zweidimensionale (2D) Materialien haben sich aufgrund ihrer bemerkenswerten Fähigkeit, Reibung und Verschleiß in spezifischen Einsatzbereichen zu reduzieren, als vielversprechende Festschmierstoffe herausgestellt. Tribologische Systeme sind jedoch von Natur aus komplex und umfassen zahlreiche Variablen wie die Art der kontaktierenden Materialien, Oberflächenrauigkeit, Last, Gleitgeschwindigkeit, Umgebungszusammensetzung, Temperatur und Luftfeuchtigkeit. Daher bleibt der praktische Einsatz von Festschmierstoffen bislang begrenzt, und es werden systematische Strategien benötigt, um ihre Einsatzfenster zu definieren und zu erweitern.

Aufbauend auf unserer umfassenden Erfahrung im Bereich der Festschmierung verfolgen wir das Ziel, die Leistungsfähigkeit von 2D-Materialien zu optimieren und ihre Anwendbarkeit auf technologisch relevante Bedingungen auszudehnen. Dieses Vorhaben umfasst verschiedene Ansätze, darunter die Anpassung der Oberflächenterminierungen von MXene-Schichten, die gezielte Modifikation der mechanischen Eigenschaften von Flocken vor der Abscheidung sowie die Entwicklung fortgeschrittener Beschichtungsstrategien. Durch die Feinabstimmung dieser Parameter sollen Materialien und Prozesse entwickelt werden, die nicht nur unter eng definierten Bedingungen funktionieren, sondern eine hohe Effizienz über vielfältige und herausfordernde Einsatzumgebungen hinweg beibehalten.

Die Erreichung dieses Ziels erfordert einen multidisziplinären Ansatz, der Konzepte aus Physik, Chemie und Materialwissenschaften mit Methoden aus der mechanischen und chemischen Verfahrenstechnik verbindet. Unsere Arbeitsgruppe ist dank ihrer breiten Expertise und ihres starken Netzwerks an Kooperationen mit führenden Forschenden weltweit ideal positioniert, diesen Weg zu verfolgen. Zu diesen Kooperationspartnern zählen unter anderem Prof. Michael Naguib (Tulane University, School of Science and Engineering), dessen Pionierarbeit zu MXenen und Transition Metal Carbo-Chalcogeniden (TMCCs) die Entwicklung neuer Generationen von 2D-Materialien für tribologische Anwendungen entscheidend vorangetrieben hat, sowie Prof. Volker Presser (Universität des Saarlandes, Fakultät für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik; Saarland Center for Energy Materials and Sustainability; INM – Leibniz-Institut for New Materials).