Överljudssprutad beläggning av 2D-material kan möjliggöra tillverkning av avancerade elektrifieringsprodukter med förlängd livslängd och jämförbar elektrisk prestanda. Det visar ett färskt samarbete mellan KTH och ABB.
Resultaten kommer från ett slutfört projekt inom det strategiska innovationsprogrammet SIO Grafen. Här har deltagare från Kungliga tekniska högskolan (KTH) och industrijätten ABB optimerat supersoniska sprutprocesser för att tillverka ledande och slitstarka beläggningar baserade på 2D-material, vilka beläggs på metallsubstrat för industriella elektrifieringsapplikationer.
Totalt har ett 50-tal prover preparerats och testats. Flera typer av beläggningsmaterial, bestående av ren grafen, ren MXene, den mekaniska blandningen av grafen/kopparpulver och kopparbelagda grafitpulver (CCG), har överljudssprutats på koppar- eller stålsubstrat för att bilda enhetliga beläggningar.
Möjligheten undersöktes att använda ledande 2D-material (grafen eller MXene) för att minska friktionen hos ”rörliga” metallkontakter i elektrifieringsprodukter utan att uppenbart öka deras elektriska kontaktresistans. Detta för att möjliggöra tillverkning av avancerade elektrifieringsprodukter med förlängd livslängd och jämförbar elektrisk prestanda.
– Vi lyckades med målet och har tillverkat minst två typer av grafen/koppar eller CCG/koppar kompositbeläggningar som uppvisar friktion som är cirka tre-fyra gånger lägre än ren koppar och som samtidigt bibehåller liknande elektrisk kontaktresistans. Deras låga friktion och låga elektriska kontaktresistans har uppfyllt kraven för vissa industriapplikationer, säger Jiantong Li, forskare på KTH, i ett pressmeddelande.
Grafen och MXene kan avsevärt minska friktionen hos metallbeläggningar, enligt SIO Grafen. Men rena grafen- eller MXene-beläggningar lider av hög elektrisk kontaktresistans och dålig slitstyrka. När grafen blandas med kopparpulver i en riktig sammansättning är det möjligt att samtidigt minska friktionen, förbättra slitstyrkan och behålla det låga elektriska kontaktmotståndet.
Men mycket jobb återstår innan de första produkterna kommer till marknaden baserade på de överljudssprutade 2D-materialbeläggningarna:
– Vi räknar med att det tar ytterligare minst fem år, säger Jiantong Li.