El estudio de interacciones microscópicas en asperezas individuales es vital para comprender la fricción y la lubricación a macroescala. Los instrumentos de sonda de superficie con puntas de nanotubos de carbono pueden permitir tales investigaciones, como ahora se demuestra en un estudio teórico dirigido por Ping Liu y Yong-Wei Zhang en el Instituto A * STAR de Computación de Alto Rendimiento. Los investigadores demostraron que el corto, de pared simple Los nanotubos de carbono cubiertos son capaces de capturar las características de fricción del grafeno con resolución atómica.

"Para una punta de palpado ideal, su dimensión debe ser lo más pequeña posible, su rigidez debe ser lo más grande posible, su geometría debe estar bien definida, y debe ser químicamente inerte, ”Explica Liu. La combinación de tales características permitiría la caracterización de superficies con resolución atómica al tiempo que garantizaría una larga vida útil y geométrica, estabilidad química y física de la punta.

Nanotubos de carbon, en particular los cortos, son de gran interés debido a sus fuertes enlaces carbono-carbono inherentes, lo que les permite resistir el pandeo y la deformación por flexión y recuperar su forma original después de la deformación. Los tubos con tapa, a su vez, ofrecen una estabilidad química y una rigidez mejoradas en comparación con los tubos sin tapa. Estas consideraciones indican que corto, Los nanotubos de carbono de pared simple con tapa pueden ser puntas de sonda de imagen ideales.

Como todavía no es posible utilizar estos consejos en configuraciones experimentales, Para probar esta hipótesis, Liu y Zhang realizaron simulaciones atomísticas a gran escala que se centraron en la interacción entre las puntas de sonda de nanotubos y el grafeno (ver imagen), un material de carbono ideal para la lubricación de recubrimientos de superficies. “Debido a los avances en el desarrollo de potenciales atómicos precisos y algoritmos de computación paralela masiva, Las simulaciones atomísticas no solo nos permiten determinar las características de sondeo de tales puntas, sino también para investigar las características de fricción y defectos del grafeno con resolución atómica, ”Dice Liu.

Las simulaciones podrían capturar la dependencia de la fricción y las fuerzas normales promedio en la distancia de la punta a la superficie y el número de capas de grafeno. Los investigadores analizaron e interpretaron las características observadas en términos de diferentes tipos de movimientos de deslizamiento de la punta a través de la superficie. así como los mecanismos de disipación de energía entre la punta y las capas de grafeno subyacentes. Además, podrían identificar firmas claras que distinguen el movimiento de una punta a través de un defecto puntual o el llamado defecto Stone-Thrower-Wales, que se cree que es responsable de la plasticidad a nanoescala y las transiciones frágil-dúctil en la red de grafeno y carbono. “Nuestras simulaciones brindan información sobre la fricción a nanoescala y pueden brindar pautas sobre cómo controlarla, ”Dice Liu.