La lubrificazione misura la riduzione dell'attrito meccanico e dell'usura da parte di un lubrificante. Queste sono le principali cause di guasto dei componenti e perdita di energia nei sistemi meccanici ed elettromeccanici. Per esempio, un terzo dell'energia ricavata dal carburante nei veicoli viene spesa per superare l'attrito. Quindi la superlubrificazione, lo stato di attrito e usura estremamente bassi, è molto promettente per la riduzione dell'usura per attrito nei dispositivi meccanici e automatici.

Un nuovo studio congiunto dell'Università di Tel Aviv/Università di Tsinghua rileva che è possibile ottenere una robusta superlubrificazione strutturale tra dissimili, materiali a strati di microscala sottoposti a carichi esterni e condizioni ambientali elevati. I ricercatori hanno scoperto che le interfacce su microscala tra grafite e nitruro di boro esagonale mostrano un attrito e un'usura estremamente bassi. Questa è una pietra miliare importante per le future applicazioni tecnologiche nello spazio, settore automobilistico, industria elettronica e medica.

La ricerca è il prodotto di una collaborazione tra il Prof. Oded Hod e il Prof. Michael Urbakh della TAU's School of Chemistry; e il Prof. Ming Ma e il Prof. Quanshui Zheng del Dipartimento di Ingegneria Meccanica dell'Università di Tsinghua ei loro colleghi. È stato condotto sotto gli auspici del Centro collaborativo XIN TAU-Tsinghua ed è stato pubblicato in Materiali della natura il 30 luglio.

Enormi implicazioni per computer e altri dispositivi

La nuova interfaccia ha un'area superficiale di sei ordini di grandezza più grande rispetto alle precedenti misurazioni su nanoscala e mostra una robusta superlubricità in tutti gli orientamenti dell'interfaccia e in condizioni ambientali.

"La superlubrificazione è un fenomeno fisico molto intrigante, uno stato di attrito praticamente nullo o bassissimo tra due superfici di contatto, " afferma il Prof. Hod. "Le implicazioni pratiche del raggiungimento di una superlubrificazione robusta in dimensioni macroscopiche sono enormi. I risparmi energetici previsti e la prevenzione dell'usura sono enormi."

"Questa scoperta potrebbe portare a una nuova generazione di dischi rigidi per computer con una maggiore densità di informazioni memorizzate e una maggiore velocità di trasferimento delle informazioni, Per esempio, " aggiunge il Prof. Urbakh. "Questo può essere utilizzato anche in una nuova generazione di cuscinetti a sfera per ridurre l'attrito rotazionale e supportare carichi radiali e assiali. Le loro perdite di energia e l'usura saranno significativamente inferiori rispetto ai dispositivi esistenti".

La parte sperimentale della ricerca è stata eseguita utilizzando microscopi a forza atomica a Tsinghua e le simulazioni al computer completamente atomistiche sono state completate a TAU. I ricercatori hanno anche caratterizzato il grado di cristallinità delle superfici grafitiche effettuando misurazioni spettroscopiche.

Stretta collaborazione

Lo studio è nato da una precedente previsione da parte di gruppi teorici e computazionali della TAU secondo cui si potrebbe ottenere una robusta superlubrificazione strutturale formando interfacce tra i materiali grafene e nitruro di boro esagonale. "Questi due materiali sono attualmente nelle notizie dopo il Premio Nobel per la Fisica 2010, che è stato assegnato per esperimenti innovativi con il materiale bidimensionale grafene. La superlubrificazione è una delle loro applicazioni pratiche più promettenti, "dice il prof. Hod.

"Il nostro studio è una stretta collaborazione tra i gruppi teorici e computazionali TAU e il gruppo sperimentale di Tsinghua, “ afferma il Prof. Urbakh. “C'è una sinergica collaborazione tra i gruppi. Teoria e calcolo alimentano esperimenti di laboratorio che, a sua volta, fornire importanti realizzazioni e risultati preziosi che possono essere razionalizzati tramite gli studi computazionali per affinare la teoria."

I gruppi di ricerca continuano a collaborare in questo campo studiando i fondamenti della superlubricità, le sue vaste applicazioni e il suo effetto in interfacce sempre più grandi.