Dirigido por el Dr. Elton Santos de la Facultad de Matemáticas y Física de la Universidad, Un equipo internacional de investigadores ha encontrado superlubricidad en unas pocas capas de grafeno, un concepto en el que la fricción desaparece o casi desaparece. Los expertos también encontraron que algunas capas de nitruro de boro hexagonal (h-BN) son tan fuertes como el diamante pero son más flexibles. más barato y ligero.

Los resultados, que han sido reportados en Comunicaciones de la naturaleza , revelan que las capas de h-BN forman el aislante delgado más fuerte disponible a nivel mundial y que las cualidades únicas del material podrían usarse para crear dispositivos inteligentes flexibles y casi irrompibles, así como pintura a prueba de rayones para automóviles.

El Dr. Santos explica:"Todos en algún momento de la vida hemos pisado una superficie resbaladiza donde tenemos que estabilizar nuestro equilibrio para no caer. En la mayoría de los casos, líquido como el agua o el aceite es la causa y este estado resbaladizo es lo que describimos como superlubricidad:básicamente no hay fricción en una superficie.

"En grafeno, este estado de superlubricidad proviene de los orbitales atómicos que componen los átomos de carbono. Normalmente, para generar fricción, algunos orbitales deben superponerse y calentarse, o algo de energía, debe ser liberado. Asombrosamente, nuestra investigación muestra que el grafeno no requiere este proceso, simplemente se desliza espontáneamente sobre otras capas pero no libera calor. Esto significa que el grafeno, que es 300 veces más resistente que el acero, se vuelve mecánicamente más débil y puede romperse fácilmente ".

Los resultados de la investigación en torno a las capas de h-BN muestran que sus propiedades mecánicas son similares a las del diamante, pero mucho más baratas. más flexible y ligero. Se puede integrar fácilmente en pequeños circuitos electrónicos o para reforzar estructuras, ya que es más robusto frente a golpes o tensiones mecánicas.

El Dr. Santos comentó:"Ha sido un privilegio trabajar con investigadores globales para predecir y medir el grafeno multicapa y el h-BN de una manera sin precedentes. En la actualidad, es casi imposible lograr grandes avances en la ciencia sin trabajar en colaboración. En Queen's University hemos avanzado nuestro conocimiento de estos materiales en capas y hemos hecho algunos descubrimientos importantes, lo que podría ayudar a abordar muchos desafíos globales dentro de nuestra sociedad.

"Nuestro hallazgo clave es que el grafeno bicapa desarrolla un estado de superlubricidad en el que no se genera calor cuando las capas se deslizan unas sobre otras. Solo unos pocos materiales tienen estas características y parece que el grafeno se ha unido a este club exclusivo. Durante este proceso , también descubrimos que h-BN, un lubricante común utilizado en varias aplicaciones automotrices e industriales, desarrolló una resistencia mecánica en unas pocas capas. Estos son tan fuertes como el diamante, medido en términos de una cantidad llamada módulo de Young. Este es un hallazgo verdaderamente innovador, ya que incluso un aislante con capas delgadas no podría mantener su módulo de Young en magnitudes tan altas.

"Hay varias posibilidades para la aplicación de nuestros descubrimientos que podrían tener un impacto positivo en el mundo real. Estamos mirando una línea de tiempo de alrededor de cinco a diez años para transformar los descubrimientos en productos reales, pero podríamos ver beneficios como el refuerzo material para mezcla en soluciones como tinta para pintura, lo que daría más resistencia contra la corrosión y podría significar automóviles a prueba de rayones en el futuro.

"Este material elástico también podría usarse en dispositivos electrónicos y motores para reducir la fricción, ya que no se libera calor ".

El Dr. Santos agregó:"En electrónica, Actualmente, varias empresas están integrando h-BN en prototipos junto con grafeno para la creación de dispositivos inteligentes como iPads y Androids con características únicas. Estas empresas también están incorporando h-BN con polímeros para dar resistencia adicional para aplicaciones mecánicas novedosas como la aeroespacial, deportes e ingenieria civil.

"Actualmente estamos buscando otras combinaciones de cristales 2D que puedan usarse para aplicaciones similares. Hasta ahora, el grafeno parece el mejor candidato, pero aún queda mucho por explorar dentro de la biblioteca de materiales en capas. El futuro es brillante para los materiales 2D debido al desarrollo, el progreso y la investigación que se realizan actualmente en todo el mundo ".