Científicos del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. Han encontrado una manera de utilizar pequeños diamantes y grafeno para dar fricción. creando una nueva combinación de materiales que demuestra el raro fenómeno de la "superlubricidad".

Dirigido por el nanocientífico Ani Sumant del Centro de Materiales a Nanoescala de Argonne (CNM) y el Miembro Distinguido de Argonne Ali Erdemir de la División de Sistemas de Energía de Argonne, el equipo de cinco personas de Argonne combinó nanopartículas de diamante, pequeños parches de grafeno, una forma bidimensional de una sola hoja de carbono puro, y un material de carbono similar al diamante para crear superlubricidad, una propiedad muy deseable en la que la fricción cae casi a cero.

Según Erdemir, a medida que los parches de grafeno y las partículas de diamante se frotan contra una gran superficie de carbono similar a un diamante, el grafeno se enrolla alrededor de la partícula de diamante, creando algo que parece un rodamiento de bolas en el nivel nanoscópico. "La interacción entre el grafeno y el carbono similar al diamante es esencial para crear el efecto de 'superlubricidad', ", dijo." Los dos materiales dependen el uno del otro ".

A nivel atómico, La fricción ocurre cuando los átomos en materiales que se deslizan unos contra otros se "bloquean en estado, "que requiere energía adicional para superarlo". Puede pensar en ello como tratar de deslizar dos cartones de huevos uno contra el otro de abajo hacia abajo, "dijo Diana Berman, investigador postdoctoral del CNM y autor del estudio. "Hay momentos en los que el posicionamiento de los espacios entre los huevos, o en nuestro caso, los átomos - provoca un entrelazamiento entre los materiales que evita un fácil deslizamiento ".

Al crear los rodamientos de bolas de diamante encapsulados en grafeno, o "pergaminos", el equipo encontró una manera de traducir la superlubricidad a nanoescala en un fenómeno de macroescala. Debido a que los pergaminos cambian su orientación durante el proceso de deslizamiento, suficientes partículas de diamante y parches de grafeno evitan que las dos superficies se bloqueen en su estado. El equipo utilizó cálculos atomísticos a gran escala en la supercomputadora Mira en la Instalación de Computación de Liderazgo de Argonne para demostrar que el efecto se podía ver no solo a nanoescala sino también a macroescala.

"Un pergamino se puede manipular y rotar mucho más fácilmente que una simple hoja de grafeno o grafito, "Dijo Berman.

Sin embargo, El equipo estaba desconcertado de que, si bien se mantenía la superlubricidad en condiciones secas, en un ambiente húmedo este no fue el caso. Debido a que este comportamiento fue contrario a la intuición, el equipo volvió a recurrir a los cálculos atomísticos. "Observamos que la formación de volutas se inhibía en presencia de una capa de agua, por lo tanto, causando una mayor fricción, ", explicó el coautor Argonne, nanocientífico computacional Subramanian Sankaranarayanan.

Si bien el campo de la tribología se ha preocupado durante mucho tiempo por las formas de reducir la fricción y, por lo tanto, las demandas de energía de los diferentes sistemas mecánicos, la superlubricidad se ha tratado como una propuesta difícil. "Todos soñarían con poder lograr superlubricidad en una amplia gama de sistemas mecánicos, pero es un objetivo muy difícil de lograr, "dijo Sanket Deshmukh, otro investigador postdoctoral del CNM en el estudio.

"El conocimiento obtenido de este estudio, "Sumant agregó, "Será crucial para encontrar formas de reducir la fricción en todo, desde motores o turbinas hasta discos duros de computadoras y sistemas microelectromecánicos".