Forskergruppen opdager gummimateriale, der kan føre til ridsefri lak til bilen

Anført af Dr Elton Santos fra University's School of Mathematics and Physics, et internationalt team af forskere har fundet superlubricitet i et par lag grafen - et begreb, hvor friktion forsvinder eller næsten forsvinder. Eksperterne fandt også ud af, at et par lag hexagonal bornitrid (h-BN) er lige så stærke som diamant, men er mere fleksible, billigere og lettere.

Fundene, som er blevet rapporteret i Naturkommunikation , afsløre, at h-BN-lagene udgør den stærkeste tynde isolator, der er tilgængelig globalt, og materialets unikke kvaliteter kan bruges til at skabe fleksible og næsten ubrydelige smarte enheder, samt ridsefast lak til biler.

Dr Santos forklarer:"Vi har alle på et eller andet tidspunkt i livet trådt på en glat overflade, hvor vi skal stabilisere vores balance, så vi ikke falder. I de fleste tilfælde, væske som vand eller olie er årsagen, og denne glatte tilstand er det, vi beskriver som superlubricitet - der er stort set ingen friktion på en overflade.

"I grafen, denne superlubricitetstilstand kommer fra atomorbitaler, der sammensætter carbonatomer. Normalt, for at generere friktion skal nogle orbitaler overlappe og varme, eller noget energi, skal frigives. Overraskende, vores forskning viser, at grafen ikke kræver denne proces, det glider bare spontant oven på andre lag, men frigiver ikke varme. Det betyder, at grafen, som er 300 gange stærkere end stål, bliver mekanisk svagere og kan let bryde. "

Forskningsresultaterne omkring h-BN-lagene viser, at dets mekaniske egenskaber ligner diamant, men er meget billigere, mere fleksibel og lettere. Det kan let integreres i små elektroniske kredsløb eller for at forstærke strukturer, da det er mere robust mod stød eller mekanisk belastning.

Dr Santos kommenterede:"Det har været et privilegium at arbejde sammen med globale forskere for at forudsige og måle grafen og h-BN i flere lag på en hidtil uset måde. Det er næsten umuligt i øjeblikket at få store gennembrud inden for videnskab uden at arbejde i samarbejde. På Queen's University vi har avanceret vores viden om disse lagdelte materialer og har gjort nogle store opdagelser, som kunne bidrage til at tackle mange globale udfordringer i vores samfund.

"Vores vigtigste fund er, at to-lags grafen udvikler en super-smøre-tilstand, hvor der ikke genereres opvarmning, da lagene glider oven på hinanden. Bare et par materialer har disse funktioner, og det ser ud til, at grafen har sluttet sig til denne eksklusive klub. Under denne proces , vi opdagede også, at h-BN, et almindeligt smøremiddel, der bruges i flere bilindustrielle og industrielle applikationer, udviklet en mekanisk styrke i et par lag. Disse er så stærke som diamanter, målt i form af en mængde kaldet Young modulus. Dette er et virkelig banebrydende fund, da selv en isolator med tynde lag ikke kunne holde sit Young-modul på så store størrelser.

"Der er flere muligheder for at anvende vores opdagelser, som kan have en positiv indvirkning i den virkelige verden. Vi ser på en tidslinje på omkring fem til ti år for at omdanne opdagelserne til rigtige produkter, men vi kunne se fordele såsom materialeforstærkning til blanding i opløsninger såsom blæk til maling, hvilket ville give yderligere styrke mod korrosion og potentielt kunne betyde ridsefrie biler i fremtiden.

"Dette elastiske materiale kan også bruges i elektroniske enheder og motorer til at gøre friktion meget lav, da der ikke frigives varme. "

Dr Santos tilføjede:"Inden for elektronik, flere virksomheder integrerer i øjeblikket h-BN i prototyper sammen med grafen til oprettelse af smart-enheder som iPads og Androids med unikke funktioner. Disse virksomheder inkorporerer også h-BN med polymerer for at give yderligere styrke til nye mekaniske applikationer som f.eks. Luftfart, sport og civilingeniør.

"Vi leder i øjeblikket efter andre kombinationer af 2D -krystaller, der kan bruges til lignende applikationer. Indtil videre har grafen synes at være den bedste kandidat, men der er stadig meget at undersøge inden for biblioteket med lagdelte materialer. Fremtiden er lys for 2D -materialer på grund af udviklingen, fremskridt og forskning, der i øjeblikket udføres på verdensplan. "