Development of High Performance of Green Cellulose-Based Nanolubricants

الاحتكاك والتآكل هي الأسباب الرئيسية لهدر المواد وفقدان الأداء الميكانيكي. إن تطوير جيل جديد من مواد التشحيم له أهمية تكنولوجية واقتصادية قصوى لأنه من المقدر أن ثلث موارد الطاقة المستخدمة في العالم تستخدم حاليا للتغلب على الاحتكاك بشكل أو بآخر. وبالتالي، فإن أي انخفاض في الاحتكاك والتآكل يمكن أن يؤدي إلى توفير كبير في الطاقة. لتعزيز خصائص مواد التشحيم يمكن إضافة مكون أو مزيج كيميائي لتحسين الأداء. مع تطوير تكنولوجيا التشحيم النانوي والفهم العميق للمواد النانوية الوظيفية، تُستخدم الجسيمات النانوية المستخدمة كمواد مضافة خواصًا فيزيائية وكيميائية فريدة ولديها إمكانية تطبيق واسعة في التزييت. المراكم النانوية السليولوزية CNC في المرحلة البلورية السائلة، هي مرشحات مناسبة لاستخدامها كمواد تشحيم لخفض معاملات الاحتكاك ومعدلات التآكل ودرجة حرارة التلامس للأسطح المنزلقة بسبب الطبقات المطلوبة بالقرب من الحدود الصلبة والقدرة العالية على حمل الأحمال. وعلاوة على ذلك، يتم الحصول على تعليق CNC من ألياف السليلوز التي تحدث بشكل طبيعي ومتجدد في الطبيعة. ولذلك، فإنها تؤدي دور مادة مستدامة وصديقة للبيئة مما يجعلها ذات قيمة عالية كمواد تشحيم. الهدف الرئيسي من هذا البحث هو تطوير جيل جديد من المواد النانوية التي تعتمد على CNC، مع احتكاك منخفض للغاية وتآكل منخفض. وستوفر النمذجة والتجارب الحاسوبية مسارا فعالا لصياغة مستحضرات النانو الجديدة التي تعد مجدية اقتصاديا وصديقة للبيئة. إن التوقعات التفصيلية لتدفق وتركيب مادة CNC المعلقة في الحالة البلورية السائلة كمواد تشحيم تعطي معلومات مهمة عن العلاقة بين أداء التشحيم وخصائص التدفق والهيكل. يمكن استخدام مواد التشحيم عالية الأداء لعدد كبير من التطبيقات الصناعية والطبية الحيوية.

Friction and wear are the major causes of material wastage and loss of mechanical performance. The development of a new generation of lubricants is of paramount technological and economic relevance since it is estimated that one-third of the world’s energy resources in present use are needed to overcome friction in one form or another. Hence, any reduction in friction and wear can result in considerable energy savings. To enhance the properties of lubricants a chemical component or blend could be added to improve the performance. With the development of nano-lubricating technology and the deepening understanding of the functional nano-materials, nanoparticles used as additives show unique physical and chemical properties and have a broad application prospect in lubrication. Cellulose Nanocrystal (CNC) suspensions in their liquid crystalline stage, are appropriate candidates to be used as lubricants to lower the friction coefficients, wear rates, and contact temperature of sliding surfaces due to ordered layers near solid boundaries and high load carrying capacity. Moreover, CNC suspensions are obtained from naturally occurring cellulose fibers and are renewable in nature. Therefore, they perform as a sustainable and environmentally friendly material which makes them worthwhile candidates as lubricants. The main objective of this research work is the development of a new generation of green CNC-based nanolubricants, with ultra-low friction and reduced wear. The computational modeling and experiments will offer an efficient pathway to formulate novel nanolubricants which are economically viable and environmentally friendly. Detailed predictions of the flow and structure of CNC suspensions in liquid crystalline state as lubricants will give significant information about the relation between lubrication performance and flow and structure characteristics. The high-performance lubricants could be used for a large number of industrial and biomedical applications.