Los nanodiamantes envueltos en grafeno reducen la fricción a casi cero

Los científicos del Laboratorio Nacional de Argonne, explorando las condiciones bajo las cuales es posible reducir drásticamente la fricción entre dos superficies sólidas, encontraron el uso de una combinación de grafeno y diamantes microscópicos para esto . Al mismo tiempo, los diamantes sirven como un análogo de bolas en cojinetes, reduciendo la fricción a casi cero.

En nuestro mundo, hay fricción en todas partes. Las superficies lisas a primera vista contienen irregularidades microscópicas que, pegadas entre sí, contrarrestan el movimiento de los objetos en contacto. En tecnología , la grasa se usa para reducir la pérdida de energía y evitar la abrasión de las piezas móviles, a veces líquida, a veces espesa. En particular, la grasa de grafito tiene buenas propiedades lubricantes .

En el micromundo, en pequeñas superficies idealmente uniformes en contacto entre sí, surge la fricción debido a la influencia mutua de los átomos. Por ejemplo, en el mismo grafito, la superficie consiste en colinas y huecos, muy parecidos a una caja de huevos. Si alinea las dos superficies de contacto, se deslizarán libremente. Si uno de ellos se gira un poco, aparecerán enlaces y la fricción aumentará bruscamente.

Si dos superficies cristalinas tienen una estructura cristalina diferente, "incompatible" entre sí, la fricción entre ellas debe ser muy pequeña. Tal suposición fue realizada por investigadores bajo la dirección de Anirudha Sumant , física y doctora en ciencias.

Los científicos midieron la fuerza de fricción entre el grafeno y el carbono similar al diamante. El primero, el grafeno, es una superficie plana bidimensional y, por lo tanto, presenta baja fricción . El último, el carbono similar al diamante (DLC), es amorfo como el carbono, pero tiene algunas propiedades de los cristales de diamante. Se utiliza como recubrimiento para diversas herramientas y dispositivos. El recubrimiento DLC proporciona propiedades tales como resistencia, resistencia al agua y fricción reducida.

En los experimentos, resultó que la fuerza de fricción entre los dos materiales varía de manera desigual. Después de estudiar lo que estaba sucediendo, los científicos descubrieron que el grafeno se transforma en pequeños rollos que, rodando entre superficies, a veces actúan como bolas en los cojinetes, lo que reduce la fricción. Luego se les ocurrió a los experimentadores fortalecer este efecto agregando pequeños diamantes entre las superficies.



Las propiedades del diamante permiten obtener partículas muy pequeñas del mismo, que están prácticamente en la nanoescala. Los resultados del experimento tranquilizaron a los científicos: las partículas nanorotoras de grafeno, que envolvían a los nanodiamantes, proporcionaron un efecto de apoyo estable y condujeron a la desaparición casi completa de la fricción. Por primera vez, fue posible lograr un súper deslizamiento entre dos materiales que no eran superficies microscópicas perfectas sin ningún defecto.

Al estudiar las propiedades del fenómeno, los científicos descubrieron que una humedad alta (más alta que una humedad relativa del 30%) prácticamente reduce el efecto a nada. Aparentemente, el vapor de agua que penetra entre las superficies contribuye a su atracción mutua. Sin embargo, es probable que este efecto se aplique con beneficio en microelectrónica, industria espacial y otros campos en los que se puede controlar el estado del medio ambiente.