Tiết kiệm năng lượng trong công nghiệp với công nghệ hồ quang tia laser các-bon mới

Trong một nghiên cứu gần đây, các nhà khoa học Đức đã tìm ra một phương thức mới, góp phần nâng cao hiệu quả chế tạo lớp phủ giống kim cương với tiềm năng tiết kiệm đáng kể nhiên liệu cho các động cơ máy.

Từ lâu, lớp phủ kim cương đã được coi là công nghệ chìa khoá cho sự phát triển của nhiều ngành công nghiệp với tính năng giảm ma sát hiệu quả. Song, hiệu quả chế tạo lớp phủ này do độ dày lớp phủ thường chỉ ở mức vài na-nô-mét. Điều này xuất phát từ đặc điểm cấu trúc của các-bon trong bụi kim cương rất khó bám lên bề mặt kim loại của động cơ.

Mặt khác, bụi kim cương thật cũng có giá thành tương đối cao, vì vậy phạm vi ứng dụng của công nghệ lớp phủ kim cương tính đến nay vẫn còn rất khiêm tốn. “Điều đó buộc chúng tôi phải tìm kiếm một giải pháp khác,” Tiến sĩ Scheibe, người đã dành hơn 30 năm nghiên cứu đặc tính ma sát giảm của các-bon, cho biết.

Sau một quá trình thử nghiệm lâu dài, nhóm nghiên cứu của ông đã tìm ra phương pháp hồ quang tia laser với khả năng sử dụng các-bon vô định hình để tạo ra một lớp phủ có đặc tính gần giống như kim cương.

Theo đó, trong quá trình thực hiện hồ quang, tia laser sẽ tạo nên một vòng cung ánh sáng liên kết giữa hai cực a-nốt và ca-tốt. Đồng thời, chuyển hoá các-bon vô định hình thành một dạng vật liệu mới cứng như kim cương và bám chặt vào bề mặt động cơ hay thiết bị. Nhìn chung, so với các phương pháp truyền thống, hồ quang tia laser có khả năng tạo ra lớp phủ kim cương dày hơn (có thể lên đến 20 nm). Nhờ đó, hỗ trợ đắc lực cho việc tăng cường hiệu quả hoạt động và độ bền của động cơ, nhất là trong những hệ thống thường xuyên chịu tải trọng cỡ lớn trong thời gian dài. Mặt khác, giá nguyên liệu các-bon vô định hình đầu vào cũng rẻ hơn bụi kim cương nhiều lần nên sẽ giảm thiểu đáng kể chi phí cho doanh nghiệp.

Ngay khi vừa ra đời, công nghệ này đã nhanh chóng nhận được sự hưởng ứng của nhiều nhà sản xuất công nghiệp, đặc biệt là trong lĩnh vực ô-tô. Các doanh nghiệp như BMW, Daimler hay Volkswagen đều tin rằng lớp phủ kim cương sẽ là giải pháp hữu hiệu để giảm thiểu mức tiêu thụ nhiên liệu trong động cơ.

Giáo sư Andreas Leson, người chủ trì nghiên cứu, cho biết, nếu được ứng dụng một cách rộng rãi, công nghệ này có thể đem đến hiệu quả tiết kiệm 100 tỷ lít nhiên liệu trong thập kỷ tới.

Anh Tuấn (Theo Materials Views)