Las "nano-máquinas" (alrededor de una mil millonésima parte de un metro de tamaño) del futuro necesitarán dispositivos diminutos para reducir la fricción y hacer posible el movimiento. La molécula C60, también conocido como fullereno o buckyball, A muchos les pareció un excelente candidato para los nanocojinetes. Desafortunadamente, los resultados hasta ahora han sido contradictorios, pidiendo más estudios, como el realizado por un equipo teórico que involucra al SISSA, ICTP, CNR y EMPA. A través de una serie de simulaciones por computadora, los científicos descubrieron la razón de las discrepancias experimentales y arrojaron luz sobre el verdadero potencial de este material.
Hace unos 3500 años, el hombre inventó la rueda para hacer la vida más fácil. Luego, gracias al genio de Leonardo Da Vinci, la rueda se hizo más pequeña para obtener rodamientos de bolas. ¿Y hoy? "Hoy intentamos hacernos aún más pequeños:los científicos están pensando en nano-cojinetes", comenta Andrea Vanossi, del CNR - Democritos y la Escuela Internacional de Estudios Avanzados (SISSA) de Trieste, entre los autores de un estudio que acaba de ser publicado en Nanoescala . "En el futuro tendremos muchas nano-máquinas capaces de realizar las más diversas tareas, por ejemplo, transportar medicamentos dentro del cuerpo humano. Para ahorrar energía, muchos de estos vehículos deberán poder moverse de manera eficiente, utilizando la menor cantidad de energía posible, y los rodamientos de bolas de tamaño "nano" pueden ayudar a lograr este objetivo ".
"Los científicos pensaron que podrían usar C60, una nanoesfera de carbono hueca, midiendo un nanómetro de diámetro ", explica Erio Tosatti, Profesor del SISSA y otro autor del estudio ", pero hay un problema:los resultados experimentales difieren completamente entre sí ". C60 tiene una temperatura (260 ° Kelvin) a la que las moléculas de repente se vuelven libres para rotar, que con suerte tiene un papel en la fricción. Los dos experimentos más importantes realizados hasta la fecha, sin embargo, han arrojado resultados contradictorios:por encima de esta temperatura, cuando se hizo que el material se deslizara sobre un sustrato, en un caso no hubo una disminución significativa de la fricción, mientras que en el otro la disminución fue dramática, un buen 100%. "¿Qué está pasando? Si asumimos que las medidas son correctas y los experimentos se realizaron correctamente (y no tenemos ninguna razón para creer lo contrario), ¿cómo explicamos esta diferencia?", se pregunta Vanossi. "Por esta razón, decidimos verificar ".
El equipo (una colaboración entre SISSA, el Centro Internacional de Física Teórica "Abdus Salam" ICTP de Trieste, el CNR del Consejo Nacional de Investigaciones de Italia, y los Laboratorios Federales Suizos de Ciencia y Tecnología de Materiales) llevó a cabo una estudio basado en simulación.
"Simulamos la punta diminuta de un microscopio electrónico con una laminilla C60, que fue arrastrado sobre una superficie también de C60 ", explica Vanossi. "Descubrimos que cuando el copo estaba adherido de tal manera que no podía girar, la fricción no disminuía, incluso si elevamos la temperatura por encima de 260 ° K.Es como si los cojinetes que componen la escama se entrelazaran con el sustrato, sin efecto nano-cojinete. Sin embargo, cuando la escama podía girar libremente, se producía una caída espectacular de la fricción y la escama podía deslizarse sobre la superficie con mucha más suavidad ". Pero aquí la caída de la fricción no se debe al efecto de rodamiento de bolas, sino al cambio en la geometría de los contactos.
Por tanto, los dos estados reproducen los resultados de los dos experimentos. "Nuestros datos reflejan fielmente las observaciones empíricas", concluye Tosatti. "Esto, por supuesto, no es un buen augurio para el uso futuro de fullerita para reducir la fricción a nanoescala, en que la función nanobearing no está confirmada, pero finalmente arroja luz sobre la física de este problema ".
