(PhysOrg.com) -- Simile al modo in cui il marciapiede, ammorbidito da un caldo sole, rallenterà una macchina, il grafene, un foglio di carbonio dello spessore di un atomo con proprietà meravigliose, rallenta un oggetto che scorre sulla sua superficie. Ma impilare i fogli e il grafene diventa più scivoloso, dicono i teorici del National Institute of Standards and Technology, che ha sviluppato un nuovo software per quantificare l'attrito del materiale.

"Non credo che nessuno si aspetti che il grafene si comporti come una superficie di un materiale tridimensionale, ma la nostra simulazione per la prima volta spiega le differenze su scala atomica, " dice il ricercatore postdottorato del NIST Alex Smolyanitsky, che ha scritto il programma di modellazione e co-autore di un nuovo articolo sullo studio. "Se le persone vogliono usare il grafene come lubrificante allo stato solido o anche come parte di elettrodi flessibili, questo è un lavoro importante".

Con la capacità di essere piegato, arrotolati o impilati, il grafene è super-forte e ha proprietà elettroniche e ottiche insolite. Il materiale potrebbe essere utilizzato in applicazioni che vanno dai circuiti elettronici alle celle solari all'"ingrassaggio" di parti mobili in dispositivi su scala nanometrica.

L'attrito è la forza che resiste allo scorrimento di due superfici l'una contro l'altra. Studiare l'attrito su scala atomica è una sfida, superabile solo negli ultimi anni. Il software NIST simula la microscopia a forza atomica (AFM) utilizzando una tecnica di dinamica molecolare. Il programma è stato utilizzato per misurare cosa succede quando una punta AFM simulata si sposta su una pila da uno a quattro fogli di grafene (vedi immagine) a diverse velocità di scansione.

I ricercatori hanno scoperto che il grafene devia sotto e intorno alla punta dell'AFM. Il localizzato, la deformazione temporanea crea attrito volvente o resistenza, la forza che esercita trascinamento su un oggetto circolare che rotola lungo una superficie. Smolyanitsky paragona l'effetto al sole che si scioglie e addolcisce la pavimentazione nello stato in cui ha conseguito il dottorato, Arizona, facendo affondare leggermente le gomme dell'auto e rallentare. I risultati del NIST sono coerenti con quelli dei recenti esperimenti sul grafene di altri gruppi di ricerca, ma forniscono nuovi dati quantitativi.

Più significativamente, lo studio del NIST mostra perché l'attrito cade con ogni foglio di grafene aggiunto alla pila (anche la scansione veloce ha un effetto sull'attrito). Con meno strati, lo strato superiore devia di più, e l'attrito per unità di forza di contatto AFM aumenta. La superficie superiore della pila diventa meno cedevole e più scivolosa man mano che vengono aggiunti strati di grafene. Al contrario, l'attrito del materiale tridimensionale simile alla grafite non è praticamente influenzato dalla deformazione e dall'attrito volvente, ed è invece dovuto al calore creato dalla punta in movimento.