Grafene, una forma modificata di carbonio, offre un potenziale versatile per l'uso nei componenti delle macchine di rivestimento e nel campo degli interruttori elettronici. Un team internazionale di ricercatori guidati da fisici dell'Università di Basilea ha studiato la capacità di lubrificazione di questo materiale su scala nanometrica. Poiché non produce quasi alcun attrito, potrebbe ridurre drasticamente la perdita di energia nelle macchine quando viene utilizzato come rivestimento, come riportano i ricercatori sulla rivista Scienza .

In futuro, il grafene potrebbe essere utilizzato come rivestimento estremamente sottile, con conseguente perdita di energia quasi nulla tra le parti meccaniche. Questo si basa sulla lubrificazione eccezionalmente elevata, o cosiddetta superlubrificazione, del carbonio modificato sotto forma di grafene. L'applicazione di questa proprietà ai dispositivi meccanici ed elettromeccanici non solo migliorerebbe l'efficienza energetica, ma prolungherebbe anche notevolmente la durata delle apparecchiature.

Individuare le cause del comportamento del lubrificante

Una comunità internazionale di fisici dell'Università di Basilea e dell'Empa ha studiato il potere lubrificante superiore alla media del grafene utilizzando un duplice approccio che combina sperimentazione e calcolo. Per fare questo, hanno ancorato strisce bidimensionali di atomi di carbonio, i cosiddetti nanonastri di grafene, a una punta affilata e li hanno trascinati su una superficie dorata. Sono stati utilizzati calcoli computerizzati per studiare le interazioni tra le superfici mentre si spostavano l'una sull'altra. Utilizzando questo approccio, il team di ricerca guidato dal prof. Ernst Meyer dell'Università di Basilea spera di capire le cause della superlubricità; fino ad ora, poche ricerche sono state effettuate in questo settore.

Studiando i nastri di grafene, i ricercatori sperano di apprendere qualcosa di più del semplice comportamento di scivolamento. La misurazione delle proprietà meccaniche del materiale a base di carbonio ha senso anche perché offre un eccellente potenziale per un'intera gamma di applicazioni nel campo dei rivestimenti e degli interruttori micromeccanici. In futuro, anche gli interruttori elettronici potrebbero essere sostituiti da interruttori nanomeccanici, che utilizzerebbe meno energia per l'accensione e lo spegnimento rispetto ai transistor convenzionali.

Gli esperimenti si sono rivelati quasi perfetti, movimento senza attrito. È possibile spostare nastri di grafene con una lunghezza da 5 a 50 nanometri utilizzando forze estremamente piccole (da 2 a 200 piconewton). C'è un alto grado di coerenza tra le osservazioni sperimentali e la simulazione al computer.

Una discrepanza tra il modello e la realtà appare solo a distanze maggiori (cinque nanometri o più) tra la punta di misurazione e la superficie dell'oro. Ciò è probabilmente dovuto al fatto che i bordi dei nanonastri di grafene sono saturi di idrogeno, che non è stato preso in considerazione nelle simulazioni.

"I nostri risultati ci aiutano a comprendere meglio la manipolazione delle sostanze chimiche a livello nanometrico e aprono la strada alla creazione di rivestimenti privi di attrito, "scrivono i ricercatori.