Sia nelle trasmissioni dei veicoli, protesi d'anca, o minuscoli sensori per l'attivazione degli airbag:i rispettivi componenti devono scorrere l'uno contro l'altro con il minimo attrito per evitare perdite di energia e usura del materiale. Indagare il comportamento di attrito dei nanosistemi, gli scienziati della Technische Universitaet Muenchen hanno scoperto un tipo di attrito precedentemente sconosciuto che getta nuova luce su alcuni fenomeni precedentemente inspiegabili.

L'attrito è un fenomeno fisico onnipresente ma spesso fastidioso:provoca usura e perdita di energia nelle macchine così come nelle nostre articolazioni. Alla ricerca di componenti a basso attrito per componenti sempre più piccoli, un team di fisici guidato dai professori Thorsten Hugel e Alexander Holleitner ha ora scoperto un tipo di attrito precedentemente sconosciuto che chiamano "bastone di desorbimento".

I ricercatori hanno esaminato come e perché singole molecole polimeriche in vari solventi scivolano o si attaccano a determinate superfici. Il loro obiettivo era comprendere le leggi fondamentali della fisica su scala molecolare al fine di sviluppare superfici antifrizione mirate e lubrificanti adatti.

Per i loro studi, gli scienziati hanno attaccato l'estremità di una molecola polimerica alla punta fine di un nanometro di un microscopio a forza atomica (AFM) altamente sensibile. Mentre tiravano la molecola polimerica sulle superfici di prova, l'AFM ha misurato le forze risultanti, da cui i ricercatori hanno potuto dedurre direttamente il comportamento della bobina polimerica.

Scoperto un nuovo meccanismo di frizione

Oltre ai due meccanismi di attrito previsti come l'incollaggio e lo scorrimento, i ricercatori ne hanno rilevato un terzo per determinate combinazioni di polimeri, solvente e superficie.

"Anche se il polimero si attacca alla superficie, il filamento polimerico può essere tirato dalla sua conformazione a spirale nella soluzione circostante senza esercitare una forza significativa, Il fisico sperimentale Thorsten Hugel descrive questo comportamento. "La causa è probabilmente un attrito interno molto basso all'interno della bobina polimerica".

La chiave è il solvente

Sorprendentemente, lo stick di desorbimento non dipende né dalla velocità di movimento né dalla superficie di appoggio o dalla forza adesiva del polimero. Anziché, sono determinanti la natura chimica della superficie e la qualità del solvente. Per esempio, Il polistirene idrofobo mostra un comportamento di scorrimento puro quando disciolto in cloroformio. In acqua, però, mostra il bastone di desorbimento.

"La comprensione acquisita dalla nostra misurazione dell'attrito di una singola molecola apre nuovi modi per ridurre al minimo l'attrito, " dice Alexander Holleitner. "In futuro, con preparazione mirata di polimeri, nuove superfici potrebbero essere sviluppate specificamente per la gamma dei nanometri e dei micrometri."