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Die Firma Degussa entwickelte 1942 das Hochtemperaturhydrolyseverfahren zur Herstellung von Silicium Dioxid (SiO2) welches zunächst in Form von geschmolzenen Polymer-Kügelchen anfällt und als „synthetische Kieselsäuren“ bezeichnet wird.

Der allgemeine Wissenstand über diese Produkte war eher gering.

Das polymere  wird zur Verdickung in Ölen eingesetzt und hat eine kugelförmige Gestalt. Die Moleküle bestehen im Inneren ausschließlich aus SiO2-Einheiten. Die Verdickungswirkung der polymeren SiO2-Moleküle in Grundölen beruht darauf, dass deren freie Oberflächen-Silanolgruppen intermolekulare Wasserstoffbrückenbindungen ausbilden und so auf diesem Wege dreidimensionale Netzstrukturen aufbauen. [aus „Schmierfette. Kontakt &Studium, Band 500, Expert Verlag]

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Vor über 30 Jahren tat sich eine internationale Gruppe von damals noch jungen Wissenschaftlern zusammen.

Beim Studium der technischen Errungenschaften aus der Zeit der „Not-Ökonomie“ wurde überlegt wie diese Technik in die Zeiten der „Neuen Technik“ weiterentwickelt werden könnte. So begann die Forschungsarbeit über verschiedene Wissenschaftsbereiche, die schließlich zur Entstehung von dem Produkt NanoVit führte.

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Die Abmessungen von Festkörpern (Kristallen) beeinflussen seine physikalischen Eigenschaften sowie sein chemisches Potential.

Die Oberflächenenergie eines Kristalles von 1 cm³ vergrößert sich um das 10.000.000 fache wenn man diesen auf eine Größe von 10nm pulverisiert.

Mit Reduzierung der Abmessung von Nano-Teilchen vergrößern sich die Unterschiede zwischen dem Festkörper Model aus der „klassischen Thermodynamik“ und den realen Nano-Teilchen bei denen eine Teilung zwischen oberflächlichem und räumlichem Zustand nur relativ besteht. Dabei verändert sich die Fähigkeit der festen Nano-Teilchen bei der zwischenmolekularischen Wechselwirkung zur makromolekularischen Strukturierung.

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Die thermodynamischen Prozesse in offenen Systemen (die die Fähigkeit zur Wechselwirkung mit dem umgebenden Medium von Materie und Energie besitzen) und die Bildung von dissipativen Strukturen basieren auf dem von I. Prigogine, Nobelpreisträger für Chemie, formulierten Prinzip: ungleichgewichtige Prozesse im offenen Systemen können Ausgangspunkt von Ordnung sein – eine Quelle der Selbstorganisation.

Dissipativen Strukturen (darunter versteht man den organisierten Zustand eines Systems in Raum und Zeit) entstehen nur bei ungleichgewichtigen Prozessen.

Das System kann sich aus dem Zustand der Ordnung durch einen „Sprung“ befreien, d.h. es entsteht ein kinetischer Phasenübergang.

In bekannten offenen Systemen gibt es folgende dissipativen Strukturen:

• Räumlich, nicht homogen
• Periodisch-zeitlich (oszillierend)
• Räumlich-zeitlich periodische Strukturen (Autowellen)

Das Nanopulver als feste disperse Phase in flüssigen Kohlewasserstoffen sollte die folgenden Eigenschaften besitzen:

• Stabilität, d.h. eine Trägheit bei chemischen Reaktionen. Sie dürfen sich in flüssigen Kohlewasserstoffen nicht auflösen und ihre physischen Eigenschaften bleiben auch bei sich veränderten thermodynamischen Bedingungen und im breiten Umfang sowie bei mechanischer Wirkung behalten.

• Der Anteil von Oberflächenatomen in Nano-Teilchen soll mindestens 30% sein und die spezifische Oberfläche soll nicht weniger als 150 m2/g betragen.

• Die Nano-Teilchen sollten die Fähigkeit zur Verringerung der eigenen Oberflächenenergie (durch Material eigener Umbildungsfähigkeit) haben, d.h. eine Oberflächenreaktion, die durch Verschiebung der Oberflächenatome entsteht und durch eine Oberflächen-Restrukturierung und Vereinigung von freien Verbindungen zu neuen deformierten chemischen Bindungen (strukturierte Segregation) führen.

• Eine fertig ausgebildete Oberfläche für die physikalische und chemische Absorption.

Die NanoVit-Bestandteile SiO2, Al2O3 und amorphes Graphit entsprechen den oben genannten Anforderungen.

Eine Klassifikation nach Aggregat Zustand von dispersen Phasen sowie disperse Medien wurden von dem Nobelpreisträger W. Ostwald 1891 vorgenommen. Aggregat Stabilität von dispersen Systemen kann durch die Oberflächenabsorption von Molekülen durch die sich bildenden Strukturen in Medien erreicht werden. Das geschieht auf der Basis von elektrostatischen van-der-Waals und anderen Wechselwirkungskräften.

Die Absorptionsprozesse von Festkörpern in flüssigen Kohlenwasserstoffen führen zur Entstehung von strukturmechanischen Barrieren, die aus Absorptionsschichten von langen Kettenmolekülen bestehen.

Durch das Abdecken der Absorptionsschichten in dispersen Medien entsteht eine Struktur, die eine bestimmte Elastizität und Festigkeit besitzt. Abmessungen, Bildung von Strukturen sowie ihre Festigkeit hängen von dem Überschuss der Oberflächenenergie, der Bipolarität der Teilchen, ihre Oberflächenladung, chemischen Zusammensetzung und dem Oberflächenzustand der Teilchen ab.

Absorptionsschichten können sich in absorptiv-salzige mit einem Anteil von polaren Molekülen im Medium sowie Wasser wandeln. Dieses führt zur Erhöhung der Strukturfestigkeit um das bis zu Dreifache.

Die Anwesenheit von organisierten Strukturen in dispersen Systemen führt unweigerlich zur Veränderung der makrophysikalischen Kenndaten.

Außer den Strukturen mit den einzelnen Teilen und Aggregaten von festen dispersen Phasen in dispersen Systemen entstehen Makrostrukturen vom Typus kolloidische Oberflächen aktive Substanzen. Bei der dispersen Struktur entsteht dadurch ein Oberflächen Reinigungseffekt.

Eine Aktivierung des Festkörperpulvers wird durchgeführt um langanhaltende
Veränderungen der atomaren Strukturen von Kristallen zu erreichen. Man erreicht eine Ansammlung von punktuellen Defekten. Es entstehen neue Oberflächen sowie neue Aggregate aus verschiedenen je nach Zusammensetzung Nano-Pulvern.

Das amorphe Graphit dient als Puffer zur Bildung von Makroaggregaten und bindet in sich die Nanostrukturen von SiO2 und Al2O3.

Die Materialeigenschaften von Reibungspaarungen haben entscheidenden Einfluss auf Reibung und Verschleiß. An die Reibungsoberflächen von bis zu einigen Mikrometer Schichtdicke stellt man hohe Anforderungen an Elastizität und Festigkeit für alle Arten des mechanischen Verschleißes.

Die Reibungsflächen sind in ständigen Kontakt mit Öl, Gasteilchen sowie abrasiven Teilchen. Die Komponenten sind einem ständigen physischen, chemischen und mechanischen Älterungsprozess ausgesetzt und verändern die chemische Zusammensetzung sowie die Struktur der Substanz. Die Aufgabe ist die Bildung eines ständig wirkenden Mechanismus der der Modifizierung von Reibungsoberflächen, die aus ihren eigenen energetischen System und der eigenen Substanz des Festkörpers in Schmiermitteln zu einer signifikanten Verschleißreduzierung, Korrosionsminderung und Erneuerung von Oberflächendefekten führen und reibungsmindernd wirken.

Die Einbringung von Si, Al, O, C in die Reibungsflächen mit der Bildung von Oxiden und Karbiden löst diese Aufgabe ausreichend.

Es gibt drei Arten von Reibung: trockene, hydrodynamische Reibung sowie die
Grenzreibung.

Bei der Trocken- und Grenzreibung ist der Reibungskoeffizient von dem Zustand der Reibungsflächen, seiner Rauheit und der Reibungskraft abhängig und ist direkt proportional zu der äußeren Beanspruchung.

Bei der hydrodynamischen Reibung sind die Reibungsflächen durch das Schmiermittel, dessen Viskosität die Reibung beeinflusst, getrennt. Dabei haben die Reibungsoberfläche, deren Bewegungsgeschwindigkeit sowie die Dichte der Schmiermittelschicht einen großen Einfluss.

Von dem Übergang der Grenzreibung zur hydrodynamischen Reibung (und umgekehrt) ergibt sich eine kritische Dicke der Schmiermittelschicht. Deswegen garantiert eine konstante Schichtdicke des Schmiermittels geringere Reibungsverluste sowie einen minimalen Verschleiß der Reibungsflächen. Die Schmiermittelschicht kann sich nur durch die Gleitfähigkeit zwischen den Reibungsflächen bilden sowie bei Vorhandensein einer tragenden Kraft, die die Außenkräfte kompensiert, bilden.

Die Summe der gesamten hydrodynamischen Kraft wird durch Reibungsoberfläche, Viskosität des Schmiermittels, Geschwindigkeit der definierten Reibungsflächen und den Hydraulik Gesetzen bestimmt.

Die erhöhte Viskosität an den Reibungsflächen, die durch voraussetzungsfreien
Strukturierung im Schmiermittel entsteht, verbreitet signifikant den Umfang (Bereich) des hydrodynamischen Reibung in Motoren und mechanischen Aggregaten und verringert deren innere Verluste und Verschleiß.

Die Schmieröle werden als homogene flüssige Schmierfette mit breiter Anwendung von Additiven hergestellt.

In den 80er Jahren des vorigen Jahrhunderts hat man Versuche unternommen durch Einsatz von flüssigen Kristallen Reibung und Verschleiß zu reduzieren. Diese Versuche sind ergebnislos verlaufen.

Traditionsgemäß wird angenommen, dass die Anwesenheit von Feststoffen in Öl unzulässig sei.

Nanodisperses Pulver bis zu einer Größe von 20nm und in einer Konzentration unter 0,01% sollten nicht als Bestandteil von Feststoffen noch als abrasive Stoffe betrachtet werden.

Im Öl als disperses System entstehen neue Eigenschaften, die durch bestimmte thermodynamische Bedingungen die die Ordnung und die Makroeigenschaften des Öls verändern.

Um die Lebensdauer von Ölen zu verlängern und seine Schmiereigenschaften zu stabilisieren muss ein Mechanismus gefunden werden, der direkt oder indirekt zur Regeneration der Moleküle im Grundöl führen.

Die Konstrukteure von Maschinen richten ihre Aufmerksamkeit nur auf die hydrodynamischen Arbeitsbedingungen an den Reibungsteilen.

Das Schmiersystem muss eine ausreichende Versorgung aller Maschinenteile sowie ihre Filtrierung und Kühlung gewährleisten.

Es ist aber so, dass z.B. in den verschiedenen Bereichen des gleichen Motors die thermodynamischen Parameter des Reibungsprozesses unterschiedlich sind. Das Schmiermittel ist jedoch für jeden Teil der Reibungszone gleich. Dabei sind die Anforderungen an Parameter und Eigenschaften für fast jedes Teil in dem Mechanismus unterschiedlich und es wäre wünschenswert diese für jedes Reibungsteil anzupassen.

Das Schmieröl, das man in technischen Geräten und Motoren einsetzt, ist ein offenes und disperses System. Das Öl als flüssigen Kohlenwasserstoff ist der Dispergierstoff und das Festkörper-Nanopulver ist die disperse Phase.

Unter bestimmten Bedingungen in offenen Systemen besteht die Wahrscheinlichkeit, dass sich disperse Strukturen bilden.

Eine disperse Struktur ist eine Struktur in der eine bestimmte Ordnung herrscht. Diese Ordnung besteht in Zeit und Raum aber auch gleichzeitig zeitlich und räumlich. Sie bilden sich unter der Energiezufuhr von Außen- und Energiestreuung, selbst.

Die Selbstorganisation entsteht spontan aber regelmäßig stabil vor allem in labilen, nichtlinearen offenen Systemen.

Damit sich dissipative Strukturen bilden können müssen folgende Voraussetzungen erfüllt sein:

• Die Veränderungen im System verlaufen nicht linear, abhängig von den Schwankungen der thermodynamischen Parameter
• Die Ausschläge der schwankenden Parameter sind größer als einige Schwellenwerte (überschreiten die kritischen Größen)
• Es bedarf einer Reihenfolge von abgestimmten mikroskopischen Prozessen

Die Aufgabe war durch den Einsatz von einer Mischung aus Nanopulvern in flüssigen Kohlenwasserstoffen eine hochdisperse Struktur zu erreichen.

Bei bestimmten thermodynamischen Parametern entsteht eine eigenständige strukturelle Ordnung in Form von Nanoteilchen mit deren Verbindungen an das molekulare Medium.

Unter Einfluss von Energiezufuhr entstehen in Ölen Strukturen, die einen Reinigungsprozess der Reibungsflächen einleiten.

Das Öl passt sich den sich veränderten thermodynamischen Bedingungen in einzelnen Reibungszonen des gleichen Mechanismus an.

Es entstehen Strukturen, die einen Prozess der direkten und indirekten Regenerierung des Grundöles einleiten.