وقتی مردم به روانکارها فکر می‌کنند، اغلب به مایعی (سیالی) فکر می‌کنند که در اتومبیل‌های آن‌ها و یا در ماشین‌های سنگین وجود دارد. درحالی‌که امروزه بیشتر روانکارهای مورداستفاده نوعی مایع هستند، گروه دیگری نیز وجود دارد که به‌عنوان روانکارهای حالتجامد شناخته می‌شوند که در آن مواد جامد خاصیت روانکاری دارند.
گرافن به‌عنوان دسته‌‌ای از مواد بسیار پرکاربرد است؛ زیرا انواع مختلفی از آن وجود دارد و دامنه وسیعی از خواص مفید را دارا است. درحالی‌که بسیاری از مردم بر روی خاصیت رسانایی گرافن در الکترونیک یا استحکام مکانیکی آن در مواد ساختاری تمرکز دارند، بسیاری از این ویژگی غافل شده‌اند که گرافن را به‌عنوان روانکار جامد مورداستفاده قرار دهند.
بنابراین، آیا روانکارهای گرافنی جامد جایگزین روغن‌های متداول خواهند شد؟
هیچ‌کس نمی‌تواند با قطعیت به این پرسش بله یا خیر بگوید، اما پتانسیل بسیاری برای روانکارهای گرافنی وجود دارد، همان‌طور که طی چند سال گذشته پیشرفت چشمگیری در این زمینه حاصل‌شده است.
آیا روانکارهای گرافنی می‌توانند جایگزینی برای روغن‌های متداول و روانکارهای مایع در کاربردهای خاص باشند؟ بله.
آیا روانکارهای گرافنی برای هر کاربردی، جایگزین روغن می‌شوند؟ خیر.
دلایل زیادی برای این امر وجود دارد، اما مهم‌ترین آن‌ها این است که خواص روانکارهای گرافنی، برای برخی از کاربردهای روانکاری مناسب نیستند و حتی در صورت وجود، هزینه آن‌ها در مقایسه با روانکارهای مایع متداول بسیار زیاد خواهد بود. بااین‌حال، آن‌ها این پتانسیل را دارند که در بخش‌های خاص جایگزین روغن شوند؛ در سال‌های اخیر نمونه‌هایی برای حفاظت از بلبرینگ و توربین‌های بادی استفاده‌شده است.
چند ویژگی متفاوت وجود دارد که موجب استفاده از گرافن به‌عنوان روانکار می‌شود. در وهله‌ی اول، گرافن استحکام مکانیکی بالایی دارد که کمک می‌کند مانع سایش در مواد شود. ثانیاً گرافن در برابر مواد شیمیایی، گرما، تنش‌های مکانیکی، اکسیژن و رطوبت بسیار مقاوم است. این بدان معنی است که گرافن می‌تواند در سیستم‌های مکانیکی به‌عنوان راهی برای کند کردن خوردگی و اکسیداسیون مور استفاده قرار گیرد. درحالی‌که به دلیل مقاومت ذاتی آن در برابر تنش‌های برشی و مقاومت در برابر درجه حرارت بالا که در این محیط‌ها ایجاد می‌شود، تخریب‌کننده نیست.
تحولات امیدوارکننده؛ روانکارهای حالتجامد
یکی از حوزه‌های تحقیقاتی که طی چند سال گذشته از مفهوم به یک واقعیت تجاری تقریباً ماندگار تبدیل‌شده، استفاده از گرافن و نانوالماس‌های کربن به‌عنوان روانکار حالتجامد است. ازآنجاکه سرمایه‌گذاری زیادی برای این پژوهش صورت گرفت، طولی نکشید که آن در بازار در دسترس قرار گرفت. این کار توسط آزمایشگاه ملی آرگون در ایالات‌متحده ارائه‌شده است. در چند سال گذشته در رویدادهایی که توسط انجمن ملی گرافن (NGA) برگزارشده، این پیشرفت‌ها به نمایش گذاشته‌شده است.
این سیستم‌ها که به‌طور خاص طراحی شده‌اند، یک سیستم دوجزئی هستند که به‌عنوان یک سیستم واحد برای فراهم کردن تأثیرات روانکاری عمل می‌کنند. آن‌ها نه‌تنها قادر به فراهم کردن اثرات روانکاری هستند، بلکه اثرات فوق روانکاری (superlubricity) را ارائه می‌دهند. این سیستم‌ها بر روی سیستم‌های بلبرینگ فلزی قرار می‌گیرند و با محصور کردن نانوالماس‌ها کار می‌کنند.
هنگامی‌که دو سطح در حضور روانکار حرکت می‌کنند، صفحه گرافن خود را به دور نانوالماس می‌پیچاند و آن را محصور می‌کند. این امر باعث می‌شود تا سیستم گرافن-نانوالماس بتواند دو سطح را روغن‌کاری کند، درحالی‌که به علت ماهیت کروی نانوالماس هنوز قادر به حرکت بین دو سطح است. سیستم گرافن تقویت‌شده باعث کاهش سایش، اصطکاک، اکسیداسیون و خوردگی بین سطوح می‌شود و یک حوزه بسیار امیدوارکننده برای توسعه است.
به‌کارگیری گرافن در روغن‌ها
درحالی‌که صحبت زیادی در مورد گرافن به‌عنوان یک روانکار حالتجامد وجود دارد، اما از نظر تجاری نیز در روانکارهای پایه روغنی به‌عنوان افزودنی مورداستفاده قرار می‌گیرد. یکی از این نمونه‌ها گرافن‌اَیل (Graphenoil) است که توسط IA Coatings تولیدشده است که ضریب اصطکاک کمتر، طول عمر بهتر و کاهش خوردگی در سیستم‌های مکانیکی را موجب می‌شود.
فرمولاسیون این روغن‌ها به‌طور خاص به موتورهای خودرو اختصاص داده‌شده است و از گرافن تک لایه استفاده می‌کند. این روانکارها برای بهبود نقطه اشتعال روغن طراحی شده‌اند تا باعث کاهش اشتعال و خطر آن در داخل موتور و همچنین بهبود صرفه‌جویی در سوخت و پایداری موتور شوند؛ بنابراین، حوزه‌هایی وجود دارند که در آن روانکارها و روغن‌های گرافنی در حال ورود به بازار هستند، اما این‌که آیا بازار را به دست می‌گیرند، هنوز مشخص نیست.