La lubricidad mide la reducción de la fricción mecánica y el desgaste de un lubricante. Estas son las principales causas de falla de componentes y pérdida de energía en sistemas mecánicos y electromecánicos. Por ejemplo, un tercio de la energía basada en el combustible en los vehículos se gasta en superar la fricción. Por lo tanto, la superlubricidad, el estado de fricción y desgaste ultrabajos, es una gran promesa para la reducción del desgaste por fricción en dispositivos mecánicos y automáticos.

Un nuevo estudio conjunto de la Universidad de Tel Aviv / Universidad de Tsinghua encuentra que se puede lograr una superlubricidad estructural robusta entre diferentes, Materiales en capas de microescala bajo altas cargas externas y condiciones ambientales. Los investigadores encontraron que las interfaces a microescala entre el grafito y el nitruro de boro hexagonal exhiben una fricción y un desgaste ultrabajos. Este es un hito importante para las futuras aplicaciones tecnológicas en el espacio, automotor, Industrias electrónica y médica.

La investigación es el producto de una colaboración entre el Prof. Oded Hod y el Prof. Michael Urbakh de la Escuela de Química de TAU; y el Prof. Ming Ma y el Prof. Quanshui Zheng del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Tsinghua y sus colegas. Se llevó a cabo bajo los auspicios del Centro XIN colaborativo conjunto TAU-Tsinghua y se publicó en Materiales de la naturaleza el 30 de julio.

Enormes implicaciones para la computadora y otros dispositivos.

La nueva interfaz es seis órdenes de magnitud más grande en área de superficie que las mediciones a nanoescala anteriores y exhibe superlubricidad robusta en todas las orientaciones interfaciales y bajo condiciones ambientales.

"La superlubricidad es un fenómeno físico muy intrigante, un estado de fricción prácticamente nula o ultrabaja entre dos superficies en contacto, "dice el profesor Hod." Las implicaciones prácticas de lograr una superlubricidad robusta en dimensiones macroscópicas son enormes. Los ahorros de energía esperados y la prevención del desgaste son enormes ".

"Este descubrimiento puede conducir a una nueva generación de discos duros de computadora con una mayor densidad de información almacenada y una mayor velocidad de transferencia de información, por ejemplo, ", añade el profesor Urbakh." Esto también se puede utilizar en una nueva generación de rodamientos de bolas para reducir la fricción rotacional y soportar cargas radiales y axiales. Sus pérdidas de energía y desgaste serán significativamente menores que en los dispositivos existentes ".

La parte experimental de la investigación se realizó utilizando microscopios de fuerza atómica en Tsinghua y las simulaciones por computadora completamente atomistas se completaron en TAU. Los investigadores también caracterizaron el grado de cristalinidad de las superficies grafíticas mediante la realización de mediciones espectroscópicas.

Colaboración cercana

El estudio surgió de una predicción anterior de grupos teóricos y computacionales en TAU de que se podría lograr una superlubricidad estructural robusta formando interfaces entre los materiales grafeno y nitruro de boro hexagonal. "Estos dos materiales están actualmente en las noticias tras el Premio Nobel de Física 2010, que fue galardonado por experimentos pioneros con el material bidimensional grafeno. La superlubricidad es una de sus aplicaciones prácticas más prometedoras, "dice el profesor Hod.

"Nuestro estudio es una estrecha colaboración entre los grupos teóricos y computacionales de TAU y el grupo experimental de Tsinghua, ", dice el profesor Urbakh." Hay una cooperación sinérgica entre los grupos. La teoría y la computación alimentan los experimentos de laboratorio que, Sucesivamente, proporcionar importantes realizaciones y resultados valiosos que se pueden racionalizar a través de los estudios computacionales para refinar la teoría ".

Los grupos de investigación continúan colaborando en este campo estudiando los fundamentos de la superlubricidad, sus extensas aplicaciones y su efecto en interfaces cada vez mayores.