Secondo i ricercatori dell’Università Urbana-Champaign dell’Università dell’Illinois guidati dalla professoressa Rosa Espinosa-Marzal del Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale, l’attrito su una superficie di grafene può essere regolato dinamicamente utilizzando campi elettrici esterni. Il lavoro è dettagliato nell'articolo "Dynamically tuning Friction at the Graphene Interface using the field effect", pubblicato il 19 settembre 2023 sulla rivista Nature Communications .
L’attrito gioca un ruolo chiave sia nei sistemi naturali che in quelli ingegnerizzati, dettando il comportamento dei contatti striscianti, influenzando l’usura dei materiali e influenzando, tra gli altri effetti, il flusso dei fluidi attraverso le superfici. L'attrito può essere controllato passivamente attraverso la selezione dei componenti di progettazione, ad esempio materiale e rugosità.
Una tendenza più recente, tuttavia, è stata quella di studiare sistemi la cui risposta all’attrito può essere sintonizzata dinamicamente in situ, soprattutto man mano che i dispositivi su scala micro e nanometrica diventano più comuni. Una delle strade più promettenti per ottenere il controllo dell'attrito è l'uso di campi elettrici esterni che possono modulare le proprietà dei lubrificanti e delle superfici dei materiali, nonché le interazioni tra loro.
"Sono necessari nuovi approcci alla progettazione di superfici interagenti per superare lo stato dell'arte", scrivono i ricercatori, "e i materiali 2D sono una scelta nuova ed eccellente in base alla loro elevata resistenza meccanica e stabilità chimica e termica."
Il grafene è la forma 2D del carbonio ed è talvolta acclamato come un "materiale meraviglioso" per le sue proprietà uniche e superlative. Le superfici rivestite con pellicole di grafene generalmente mostrano un attrito molto basso, ma i nuovi risultati dimostrano che l’attrito sulle superfici rivestite di grafene può essere “acceso” esponendo la superficie a un campo elettrico nelle condizioni adeguate. Il sistema può quindi essere controllato in questo stato di attrito maggiore prima di essere riportato a un attrito inferiore, il tutto senza applicare grandi polarizzazioni elettriche tra le superfici in contatto.
"Il lavoro avrà un impatto significativo sulla riduzione del consumo di energia nei sistemi nano e microelettromeccanici, oltre a consentire il controllo dinamico dell'attrito, mitigando al contempo l'usura e la corrosione delle superfici scorrevoli quando viene applicata la polarizzazione diretta", ha affermato Espinosa-Marzal. /P>
Ulteriori informazioni: Gus Greenwood et al, Regolazione dinamica dell'attrito sull'interfaccia del grafene utilizzando l'effetto di campo, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-41375-7
Informazioni sul giornale: Comunicazioni sulla natura
Fornito dall'Università dell'Illinois Grainger College of Engineering
