Formação de folhas de grafeno sobre filmes de cobre para aplicações tribológicas

• Processo: 23/07548-3
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de julho de 2023
• Data de Término da vigência: 30 de junho de 2025
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia de Materiais e Metalúrgica - Metalurgia Física
• Pesquisador responsável: Andre Paulo Tschiptschin
• Beneficiário: Michell Felipe Cano Ordonez
• Instituição Sede: Escola Politécnica (EP). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 19/18572-7 - Novos materiais de carbono: suas aplicações espaciais, ambientais e spin offs relevantes, AP.TEM
• Assunto(s): Atrito Grafenos Lubrificação Síntese
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Atrito | Deposição física em fase vapor | Filmes De Cobre | Grafeno | Lubrificação | Síntese | Tribologia E Engenharia De Superfície

Resumo

A tendência global de desenvolvimento de novas tecnologias busca a redução das perdas energéticas de sistemas mecânicos de uma forma sustentável. Em veículos de transporte de passageiros essas perdas por atrito são equivalentes a 33% do consumo de combustível. Uma forma de mitigar essas perdas e por meio da engenharia de superfícies, a qual permite desenvolver de soluções como revestimentos lubrificantes que podem reduzir o coeficiente de atrito para níveis inferiores a 0,01 sob condições de lubrificação limítrofe ou a seco. Um dos materiais mais promissores para redução significativa de atrito é o grafeno, cujas elevadas propriedades mecânicas e suas características estruturais que conferem a capacidade de superlubricidade e permitem o controle de atrito e desgaste em múltiplas escalas, do nano ao macro. Entretanto, o desafio real no uso desse material que reside na capacidade de transferir com segurança as camadas sintetizadas para um substrato fim. Esse processo de transferência pode induzir defeitos na estrutura cristalina das lamelas de grafeno, o que pode reduzir seu desempenho tribológico. Dessa forma, neste projeto, serão estudadas as condições de produção de camadas de grafeno sintetizadas in situ e in operando sobre sistemas com revestimentos de cobre/carbono amorfo (Cu/a-C) sem a necessidade de transferir o grafeno do substrato de produção para o componente de uso. A síntese das camadas de a-C e Cu será feita pela técnica de deposição física de vapor, utilizando um reator no modo "pulsed DC Magnetron Sputtering" (pDCMS). Após o processo de deposição, as superfícies são submetidas a um processo de recozimento em alta temperatura com uma mistura de Ar e H2, para se obter as folhas iniciais de grafeno A composição química e estrutura das camadas serão analisadas utilizando as técnicas de espectroscopia de Raman, difração de raios -X, microscopia eletrônica de varredura com canhão de efeito de campo, interferometria óptica e a caracterização mecânica por ensaios de nano indentação e riscamento. Ensaios de tração serão realizados em conjunto com a técnica de espectroscopia Raman para avaliação da tenacidade a fratura e tensão residual. Os ensaios tribológicos serão realizados para determinar as condições debaixo atrito ou superlubricidade na configuração esfera-plano em um tribômetro universal. Espera-se dos resultados da avaliação tribológica que as variações no atrito sejam proporcionais a formação cíclica de folhas de grafeno, o que permite a evolução de um tribofilme autolubrificante que reduz o atrito e desgaste superficial.

Publicações científicas

(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

ORDONEZ, M. F. C.; RODRIGUES, D. L.; TSCHIPTSCHIN, A. P.; SOUZA, R. M.. Effect of porosity on surface deformation and subsurface layer produced by scratch tests of sintered low-alloy steel. TRIBOLOGY INTERNATIONAL, v. 209, p. 14-pg., 2025-09-01. (23/07548-3)