L'attrito influisce sul movimento, da qui la necessità di controllare le forze di attrito. Attualmente, ciò si ottiene con mezzi meccanicistici o lubrificazione, ma gli esperimenti condotti dai ricercatori dell'Oak Ridge National Laboratory del Dipartimento dell'Energia hanno scoperto un modo per controllare l'attrito sulle superfici ioniche su scala nanometrica utilizzando la stimolazione elettrica e il vapore acqueo ambientale.

La ricerca, che dimostra un nuovo effetto fisico, è stata intrapresa presso il Center for Nanophase Materials Sciences, un DOE Office of Science User Facility presso ORNL, ed è pubblicato sulla rivista Rapporti scientifici .

"La nostra scoperta può avere un impatto tecnologico significativo sulle applicazioni per dispositivi sia macroscopici che su nanoscala, " ha affermato l'autore principale Evgheni Strelcov. "Diminuire o aumentare l'attrito su scala nanometrica a piacimento e quindi controllare le perdite di energia meccanica e l'usura delle parti di un sistema microelettromeccanico ha enormi implicazioni per la ricerca energetica applicata e apre una nuova prospettiva per gli studi scientifici fondamentali".

Inducendo un forte campo elettrico usando un microscopio a forza atomica, i ricercatori sono stati in grado sia di aumentare che di diminuire l'attrito tra un elettrodo in movimento su nanoscala e una superficie ionica. Sostengono che l'effetto principale responsabile di questo comportamento è la condensazione dell'umidità dall'aria circostante in liquido che può quindi ridurre l'attrito.

Contemporaneamente, un ulteriore rafforzamento del campo elettrico determina la penetrazione dell'elettrodo su scala nanometrica nella superficie e un aumento dell'attrito. Questa penetrazione è un effetto nuovo e inaspettato, e l'approccio generale differisce da altri metodi di controllo dell'attrito che spesso richiedono l'aggiunta di un lubrificante al sistema invece di attingere a risorse prontamente disponibili nell'ambiente circostante.

Inoltre, a differenza di altre pratiche di controllo dell'attrito elettrochimico, la nuova tecnica non richiede corrente elettrica, che è associato a perdite di energia.

"L'assenza di corrente è molto vantaggiosa dal punto di vista del risparmio energetico in quanto elimina il riscaldamento Joule e altri effetti parassiti che consumano energia, "dice Bobby Sumpter, che ha guidato il gruppo nello sviluppo di modelli teorici associati.

Questo lavoro si basa su ampi sforzi del CNMS che esplorano la manipolazione elettrica di meccanismi, proprietà elettrochimiche e ferroelettriche dei materiali.

"Abbiamo adottato questa visione distorta sulla nanoscala quasi un decennio fa, ", ha affermato l'autore Sergei Kalinin. "Ora possiamo procedere dall'osservazione al controllo anche di fenomeni così sublimi come l'attrito, ed è davvero molto sorprendente e promettente che possiamo sia aumentarlo che diminuirlo."