Nanotubi:cilindri microscopici a forma di cannuccia, ma appena un millesimo del diametro di un capello umano, sono stati oggetto di intense ricerche, con potenziali usi che vanno dalle celle solari ai sensori chimici ai materiali compositi rinforzati. La maggior parte della ricerca si è concentrata sui nanotubi di carbonio, ma le proprietà di altri nanotubi sembrano essere simili.

Quindi è stato del tutto inaspettato quando Lydéric Bocquet, un visiting professor nel Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale del MIT, hanno condotto test su nanotubi di carbonio (CNT) e nanotubi di nitruro di boro (BNNT) e hanno scoperto che almeno in termini di una proprietà chiave, attrito, i due tipi di tubi apparentemente identici non erano solo diversi, ma quasi opposte nelle loro caratteristiche:i CNT sono così scivolosi che sono descritti come aventi una forma estrema di assenza di attrito, chiamato superlubricità. BNNT, d'altra parte, mostrano un livello molto alto di attrito, una scoperta totalmente inaspettata.

Le prove sono state eseguite in un apparato che consente di sospendere un nanotubo tra due supporti, che può quindi separarlo con una forza calibrata con precisione. I tubi, in realtà un insieme di tubi annidati, proprio come un telescopio vecchio stile, alla fine si rompe sotto lo sforzo. Uno o più tubi possono essere estratti dall'interno degli altri, come allungare il telescopio. È quindi possibile misurare la forza necessaria per estrarre un tubo dall'altro.

"È stata una grande sorpresa:abbiamo riscontrato un'enorme differenza nell'attrito, " Dice Bocquet. I risultati sono descritti in un articolo sulla rivista Materiali della natura , co-autore di Bocquet e quattro dei suoi colleghi presso l'Université de Lyon in Francia. Il lavoro è stato parte di una collaborazione in corso, chiamato Scienza dei materiali multiscala per l'energia e l'ambiente, tra il MIT e il Centre National de la Recherche Scientifique in Francia.

Elementi simili, effetti diversi

I componenti del nitruro di boro, boro e azoto, fiancheggiano il carbonio nella tavola periodica, quindi le loro proprietà tendono ad essere abbastanza simili, fa notare Boquet. Mentre i BNNT sono stati studiati in precedenza, il materiale è "meno noto dei nanotubi di carbonio, " dice. Quando studi i due fianco a fianco, Aggiunge, sono sostanzialmente uguali, ad eccezione delle loro proprietà elettriche:i CNT sono conduttori o semiconduttori, mentre i BNNT sono isolanti. Ecco perché è stato uno shock trovare "un'enorme differenza, anche se strutturalmente sono sostanzialmente uguali. C'è una differenza nascosta che ancora non comprendiamo appieno".

Non è chiaro quali applicazioni pratiche potrebbe avere la scoperta, Bocchet dice, ma suggerisce che i tubi ad alto attrito potrebbero essere in grado di funzionare come una sorta di materiale ammortizzante. "Una grande membrana di quel materiale potrebbe dissipare molta energia, " dice. Ironia della sorte, il materiale è stato a lungo prodotto come lubrificante industriale:a quanto pare le sue proprietà lubrificanti di massa sono molto diverse dall'attrito intercalare visto negli esperimenti di laboratorio.

Ma Bocquet vede questa scoperta soprattutto come una migliore comprensione delle proprietà fondamentali dei materiali. Il lavoro del suo team per manipolare i BNNT "offre molti nuovi indizi sulle proprietà dei materiali su scala nanometrica, " lui dice.

Domande impegnative

Le differenze tra il comportamento dei materiali alla rinfusa e su scala nanometrica "è tipico del tipo di domande che sono impegnative ora, "Boccole dice, ma potrebbe infine consentire lo sviluppo di sistemi e dispositivi nanoelettromeccanici. "Si potrebbe pensare di ideare una specie di nanosiringa, " Per esempio, lui dice. "In un certo senso, il limite è solo l'immaginazione."

Erio Tosatti, professore di fisica alla Scuola Internazionale Superiore di Studi Superiori di Trieste, Italia, che non era collegato a questa ricerca, afferma che questa ricerca "mostra che la struttura e la geometria non sono tutto ciò che conta per la dissipazione per scorrimento; lo sono anche la ionicità e le differenze di struttura elettronica". Aggiunge che questo rapporto "è probabile che rimanga un punto di riferimento rispetto al quale dovranno essere testate le nostre future teorie sul nanoattrito".

Oltre a Bocchet, il lavoro è stato condotto da Alessandro Siria, ideatore dell'apparato utilizzato nell'esperimento, Antoine Nigues, Pasquale Vincenzo, e Philippe Poncharal, tutta l'Université de Lyon. È stato sostenuto dal Consiglio europeo della ricerca.

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.