Les nanodiamants enveloppés dans du graphène réduisent le frottement à presque zéro

Des scientifiques du Laboratoire national d'Argonne, explorant les conditions dans lesquelles il est possible de réduire considérablement la friction entre deux surfaces solides, ont trouvé pour cela une combinaison de graphène et de diamants microscopiques. Dans le même temps, les diamants servent d'analogue aux billes dans les roulements, réduisant ainsi le frottement à presque zéro.

Dans notre monde, il y a des frictions partout. Les surfaces lisses au premier coup d'œil contiennent des irrégularités microscopiques qui, accrochées les unes aux autres, contrecarrent le mouvement des objets en contact. En technologie, pour réduire les pertes d'énergie et éviter l'abrasion des pièces mobiles, un lubrifiant est utilisé - parfois liquide, parfois épais. En particulier, la graisse graphite possède de bonnes propriétés lubrifiantes .

Dans le micromonde, sur de petites surfaces idéalement planes en contact les unes avec les autres, des frictions surviennent en raison de l'influence mutuelle des atomes. Par exemple, dans le même graphite, la surface se compose de collines et de creux, ressemblant fortement à une boîte à œufs. Si vous alignez les deux surfaces en contact, elles glisseront librement. Si l'un d'eux est un peu tourné, des liens apparaîtront et la friction augmentera fortement.

Si deux surfaces cristallines ont une structure cristalline différente, "incompatible" l'une avec l'autre, le frottement entre elles doit être très faible. Une telle hypothèse a été entreprise par des chercheurs sous la direction d' Anirudha Sumant , physicienne et docteur en sciences.

Les scientifiques ont mesuré la force de friction entre le graphène et le carbone de type diamant. Le premier, le graphène, est une surface plane à deux dimensions, et donc il présente un faible frottement . Ce dernier, le carbone de type diamant (DLC), est amorphe comme le carbone, mais il possède certaines propriétés des cristaux de diamant. Il est utilisé comme revêtement pour divers outils et appareils. Le revêtement DLC confère des propriétés telles que la résistance, la résistance à l'eau et une friction réduite.

Dans les expériences, il s'est avéré que la force de friction entre les deux matériaux varie de manière inégale. Après avoir étudié ce qui se passait, les scientifiques ont découvert que le graphène se roule en petits rouleaux qui, roulant entre les surfaces, agissent parfois comme des billes dans les roulements, réduisant la friction. Il est alors apparu aux expérimentateurs de renforcer cet effet en ajoutant de petits diamants entre les surfaces.



Les propriétés du diamant permettent d'en obtenir de très petites particules, qui sont pratiquement à l'échelle nanométrique. Les résultats de l'expérience ont rassuré les scientifiques - des particules de graphène nanorotor, enroulées autour de nanodiamants, ont fourni un effet de roulement stable et ont conduit à la disparition presque complète de la friction. Pour la première fois, il a été possible de réaliser un super glissement entre deux matériaux qui n'étaient pas des surfaces microscopiques parfaites sans aucun défaut.

En étudiant les propriétés du phénomène, les scientifiques ont découvert qu'une humidité élevée (supérieure à une humidité relative de 30%) réduit pratiquement l'effet à néant. Apparemment, la vapeur d'eau, pénétrant entre les surfaces, contribue à leur attraction mutuelle. Néanmoins, cet effet est susceptible d'être appliqué avec avantage dans la microélectronique, l'industrie spatiale et d'autres domaines dans lesquels l'état de l'environnement peut être contrôlé.