النانو الماسية المغلفة بالجرافين تقلل الاحتكاك إلى الصفر تقريبًا

توصل علماء من مختبر أرجون الوطني ، الذين يدرسون الظروف التي يمكن فيها تقليل الاحتكاك بشكل كبير بين سطحين صلبين ، إلى استخدام مزيج من الجرافين والماس المجهري لهذا الغرض . في الوقت نفسه ، يعمل الماس كنظير للكرات في المحامل ، مما يقلل الاحتكاك إلى الصفر تقريبًا.

في عالمنا ، هناك احتكاك في كل مكان. تحتوي الأسطح الملساء للوهلة الأولى على مخالفات مجهرية تتشبث بحركة الأجسام التي تلامسها. في التكنولوجيا ، للحد من فقدان الطاقة ومنع تآكل الأجزاء المتحركة ، يتم استخدام مادة التشحيم - أحيانًا سائلة ، وأحيانًا سميكة. على وجه الخصوص ، يحتوي شحم الجرافيت على خصائص تشحيم جيدة .

في العالم الصغير ، على الأسطح الصغيرة المثالية حتى عند التلامس مع بعضها البعض ، ينشأ احتكاك بسبب التأثير المتبادل للذرات. على سبيل المثال ، في الجرافيت نفسه ، يتكون السطح من التلال والمجوفة ، تشبه بشدة صندوق البيض. إذا قمت بمحاذاة سطحي الاتصال ، فسوف ينزلقان بحرية. إذا تم تحويل أحدها قليلاً ، فستظهر الروابط وسيزداد الاحتكاك بشكل حاد.

إذا كان لسطحين بلوريين بنية بلورية مختلفة ، "غير متوافقة" مع بعضها البعض ، فيجب أن يكون الاحتكاك بينهما صغيرًا جدًا. تم إجراء هذا الافتراض من قبل الباحثين تحت إشراف Anirudha Sumant ، فيزيائي وطبيب علوم.

قام العلماء بقياس قوة الاحتكاك بين الجرافين والكربون الشبيه بالماس. الأول ، الجرافين ، هو سطح مسطح ثنائي الأبعاد ، وبالتالي فإنه يظهر احتكاكًا منخفضًا . هذا الأخير ، مثل الكربون الشبيه بالماس (DLC) ، غير متبلور مثل الكربون ، ولكن لديه بعض خصائص بلورات الماس. يتم استخدامه كطلاء لمختلف الأدوات والأجهزة. يوفر طلاء DLC خصائص مثل القوة ومقاومة الماء وتقليل الاحتكاك.

في التجارب ، اتضح أن قوة الاحتكاك بين المادتين تختلف بشكل غير متساو. بعد دراسة ما كان يحدث ، وجد العلماء أن الجرافين يتدحرج إلى لفات صغيرة ، والتي تتدحرج بين الأسطح ، تعمل أحيانًا مثل الكرات في المحامل ، مما يقلل من الاحتكاك. ثم حدث للمجربين لتقوية هذا التأثير بإضافة ألماسة صغيرة بين الأسطح.



خصائص الماس تجعل من الممكن الحصول على جزيئات صغيرة جدًا منه ، والتي تكون عمليا على مقياس النانو. طمأنت نتائج التجربة العلماء - الجسيمات النانوية من الجرافين ، الملتفة حول الماس النانوي ، قدمت تأثيرًا مستقرًا ، وأدت إلى اختفاء الاحتكاك الكامل تقريبًا. لأول مرة ، كان من الممكن تحقيق انزلاق فائق بين مادتين لم تكن أسطح مجهرية مثالية دون أي عيوب.

عند دراسة خصائص هذه الظاهرة ، وجد العلماء أن الرطوبة العالية (أعلى من الرطوبة النسبية البالغة 30٪) تقلل من التأثير إلى لا شيء تقريبًا. على ما يبدو ، يساهم بخار الماء ، الذي يقع بين الأسطح ، في جذبها المتبادل. ومع ذلك ، من المرجح أن يتم تطبيق هذا التأثير مع الاستفادة من الإلكترونيات الدقيقة ، وصناعة الفضاء وغيرها من المجالات التي يمكن التحكم في حالة البيئة فيها.