美国普渡大学的研究人员近日发现，向车用机油中添加超光滑亚微米碳球，可以帮助发动机有效降低25%磨损。研究人员还公布如何大批量生产这种碳球的潜在可行方案，相比于先前制造业利用超声波加速化学反应的方法，新工艺的加工效率提高了数百倍。
相关学术论文发表在美国化学协会（ACS）主导的《先进材料与界面》杂志中，报告称这种全新的润滑油添加成分包含3%的碳球颗粒，悬浮在实验选用的SAE 5W30发动机油中，与黏度保持相同的净油相比，能够显著减少摩擦磨损（10%到25%）。摩擦阻力降低程度取决于滑动速度和外部负载的大小，最大降低值是在最大滑动速度状况下的边界润滑区域获得的。
摩擦实验完成之后，对碳球的微观和光谱调查研究结果显示，该创新材料拥有出色的机械和化学稳定性。研究人员认为，润滑油之所以能有如此显著的摩擦学性能提升，得益于碳球颗粒添加剂的完美球形结构和超光滑的表面，有效填充了各金属表面之间的空隙，起到了纳米级滚珠轴承的作用。
摩擦磨损降低10%到25%的确是一次重大升级，很多企业都在不断地改善润滑油的摩擦学特性，以便通过减少损耗来提高燃油经济性。碳球颗粒的直径在100到500纳米之间，可以与发动机运转组件的表面粗糙度等级很好地匹配到一起。碳球能够有效填补部件表面的微型不平整区域，从而降低摩擦阻力。摩擦磨损是导致能量损失和发动机失效的最主要原因，而绝大多数的摩擦磨损都出现在发动机启动/关闭以及低速运转条件下的边界以及混合润滑地带。
边界润滑状态下，虽然润滑油得到供应，但实际上润滑表面是相互接触的；然而混合润滑状态下，一层平均厚度在0.01到1微米之间的润滑油薄膜把润滑表面分离开。传统液态润滑剂的摩擦学性能已经很难满足新一代机械设备的要求，因此更加先进的润滑剂产品出现成为了必然。
先前的一些报道就开始建议，向油基润滑剂中添加部分固态颗粒，来提高摩擦学特性。固态添加剂有利于改善边界润滑状态，可以避免润滑表面的直接接触。虽然当前的固态机油添加剂也有不错的摩擦学表现，但是复杂的合成方法、毒副作用和较高的加工成本一直都没能得到解决；还有一点问题是机械和化学稳定性较差，导致添加剂性能退化快，无法长期使用。为了克服这些问题，研究人员发明了超声波辅助方法，实现了超光滑碳球亚微结构颗粒的快速合成，同时保证了卓越的机械和化学稳定性。
加工过程发生在间苯二酚和甲醛的混合液体中，首先利用超声波引发一系列的气泡；气泡膨胀并破裂，产生大量的热能，促使化学反应生成聚合物颗粒；之后把聚合物放入900摄氏度的熔炉中加热，最终得到超光滑表面球体。人们采用这种工艺制造球型结构已经有十年之久，不过研究人员提高了产品合成速度，生产流程从24小时锐减到5分钟。
润滑油添加剂研究是由普渡大学的化学工程学院扶持的，电子显微分析在位于普渡探索公园的Birck纳米技术中心完成。之后的研究将确认碳球颗粒是像钢珠轴承一样滚动，还是仅仅滑动，滚动机制可以最大程度上降低摩擦磨损，也更有助于产品的未来推广。研究人员还将探究，间苯二酚-甲醛微粒在不经过加热制造成完美球体条件下，是否也能作为润滑油添加剂使用。