美国宇航局技术

车库地板上的油斑点从发动机滴下表示问题。这太小了,你推迟到机械师,直到你听到新的噪音,油压警告灯熄灭。坏消息是曲轴中的一个轴承是问题的来源。由于磨损,常圆形部分现在更椭圆形状。一些金属已经磨损,降落着你的昂贵修复。

纳米粒子的电子显微镜图像
在电子显微镜下看出,Tricotex中的纳米颗粒在一侧是“粘性”,另一侧是“滑”。粘性侧被吸引到摩擦区域,并将其自身连接到那些坑和凹槽,构建层,直到消除摩擦。发动机环境的热压和压力使纳米颗粒熔合到位,创造出一种通常比原始材料更平滑的新的光滑表面。

由于摩擦,发动机部件上的这种磨损是常见的,并且它发生在所有带有运动部件的机器中。减少摩擦的润滑剂只能延迟并尽量减少这种不可避免的损伤。通过修复一个破旧的部分逆转佩戴的想法是华盛顿州大学博士候选人Pavlo“Pasha”Rudenko的梦想,他决定使用智能纳米粒子进行侵蚀材料进行研究。

美国国家航空航天局(NASA)也很感兴趣,他们在2011年通过华盛顿太空基金联盟(Washington Space Grant Consortium)向鲁登科颁发了一份奖学金,用于研究纳米技术的新应用。

1989年,美国国家航空航天局启动了国家太空拨款学院和奖学金项目,也被称为太空拨款,旨在帮助推进任务的学科“为国家科学事业做出贡献”。这些竞争性的奖项代表了新研究的前沿,或将现有学科引入新的方向。鲁登科的纳米技术涂层落入了一个被称为摩擦学的研究领域——摩擦、润滑和磨损背后的科学和工程。

相对运动的部件,无论是一起工作还是相互抵触,总是会遇到摩擦,迟早会磨损。在零件之间的摩擦抑制机器性能的情况下,润滑剂被使用。许多常见的润滑剂都是以油为基础的——矿物或植物——并且含有许多强化添加剂,没有这些添加剂油就会迅速降解。此外,这些溶解或悬浮在油中的化学物质具有多种功能:它们在不同温度下最大化粘度,清除碎屑,提高化学稳定性。

Rudenko对纳米技术添加剂的研究来修复发动机部件的磨损于2009年开始,从努力改善现有润滑油。从美国能源部获得水电研究基金会的授予,开发了初步数据。他成功的美国国家航空航天局的奖学金应用程序建议创造一个在任何温度下工作的纳米粒子润滑剂,包括在极端空间中。

目标是使用现有的液体润滑剂将纳米颗粒直接携带到摩擦点。Rudenko认为这解决方案是卫星和太空车辆的理想选择。除了保持良好的修复部分外,这种纳米流体润滑剂还可以使用它延长系统的功能寿命。他的初始大学研究确定了最佳材料 - 一种陶瓷类型 - 这是有效的,耐用的和无毒的陶瓷。但是合成材料也昂贵。

美国国家航空航天局的反馈是积极的,但现实是,这种新技术需要很长时间才能进入太空。在这项技术的早期阶段,认证并不实用,所以Rudenko转向私营部门继续他的研究和开发。

技术转让

展出一辆白色跑车
所有金属发动机零件经历磨损时润滑剂无法防止摩擦造成的损坏,但摩托斯声称其产品可以通过更换摩擦磨损的材料来扭转该损坏。该公司提供各种发动机类型的产品,从跑车,半拖拉机拖车到紧凑型汽车,草坪割草机和发电机的较小发动机。

在2013年成立TriboTEX LLC并成为其首席技术官之前,Rudenko寻求更多的纳米颗粒制造融资机会。奇点大学(Singularity University)的全球影响奖(Global Impact Award)帮助这家初创公司起步。奇点大学是一个由与艾姆斯研究中心(Ames Research Center)签署的《太空行动协议》(Space Act Agreement)支持的组织,总部设在艾姆斯的NASA研究园(NASA Research Park)。美国国家科学基金会(National Science Foundation)的两份小企业创新研究(Small Business Innovation Research, SBIR)合同使Rudenko能够规模化生产他的纳米颗粒。

材料,也称为纳米薄片,在一侧是粘性的粘稠,另一方面光滑。粘性侧被吸引到摩擦点并将自己连接到那些斑点,使光滑的一侧朝向。这已经发生在又一遍,建立纳米颗粒层,直到给定的粗糙点被平滑,很像填充街道的坑洞。天然存在的热量和压力在摩擦粘合到纳米薄片一起形成,形成Rudenko称之为“钻石状”的新的耐用碳 - 晶格表面。

即使金属零件表面看起来很光滑,用原子力显微镜也能发现纳米颗粒水平上的缺陷,这些缺陷可能并确实会产生摩擦。为了解决发动机的这些微小缺陷,TriboTEX的第一个配方被创造出来用于汽车。

好处

随着他的产品配方的完善,规模化生产的能力,以及一家公司营销和分销产品,Rudenko发起了一场众筹活动。2017年,他获得了启动TriboTEX所需的资金,筹集了50多万美元,并获得了Indiegogo 2018年创新产品奖。

在10年的产品开发过程中,公司多次参加会议和贸易展会。该技术获得的许多奖项包括国防创新奖、美国工程教育协会奖学金、许可管理人员协会成员选择奖和华盛顿大学最佳技术奖。

Tricotex液体注入发动机
TriboTEX的产品可以直接添加到预热引擎中。从那里开始,随着时间的推移,它开始修复损伤。

今天,超过30,000辆汽车和卡车正在使用Tricotex。使用数据正在扩展合成纳米颗粒产生预期结果的证据。最常见的益处司机报告改善了汽油里程,扭矩增加,油压增加。

在拥有130,000英里或更长时间的汽车中,该公司声称燃油经济可提高至6%以及圆柱体压缩的增加。通过填充小于40微米的间隙和凹槽,颗粒还减少发动机噪声,围绕人发的宽度 - 尽管它们也停止在填充间隙时停止建立。Rudenko表示,汽车也可以提高其发动机电量高达3%的发动机电力,并指出这对于避免拆除发动机的任何部分的成本来说,这是显着的。他补充说,每40,000英里向车辆添加到车辆上的TRAFOTEX将确保有足够的纳米颗粒可用于修复经历显着摩擦的发动机的部分磨损的新实例。

随着消费者使用Tricotex,他们建议其他潜在的应用程序,公司正在响应。它现在提供用于摩托车,草坪割草机,发电机和紧凑型汽车的小型发动机产品。配制高性能版本以在柴油车和大型发动机跑车中工作。“Big Rig”配方处理半拖拉机拖车发动机。全国商业货运公司正在舰队中的一些卡车测试Tricotex。但是汽车和卡车只是一开始。

“我们正在努力在航空齿轮箱中使用纳米材料,”Rudenko说。AFWerx是美国空军的一项计划,旨在促进行业,学术界和非传统贡献者的参与,以发展创新文化,授予The Tricotex A阶段SBIR合同。这使得Tricotex可以创建新公式并制定所需的机械师的程序。如果批准II阶段资金,则纳米粒子添加剂将在空气试验台中运行。

Rudenko认为这个航空的机会是全圈到美国宇航局,帮助他意识到他在飞行机器中的梦想。

“美国宇航局的支持对于到达这一点至关重要,”他说。