Glat når det stables:Teoretikere kvantificerer friktionen af ​​grafen

(PhysOrg.com) - I lighed med vejbelægningen, blødgjort af en varm sol, vil bremse en bil, grafen-et et-atom-tykt lag af kulstof med vidunderlige egenskaber-bremser et objekt, der glider hen over dets overflade. Men stak arkene, og grafen bliver mere glat, siger teoretikere ved National Institute of Standards and Technology, der udviklede ny software til at kvantificere materialets friktion.

"Jeg tror ikke, at nogen forventer, at grafen opfører sig som en overflade af et tredimensionelt materiale, men vores simulering for første gang forklarer forskellene i atomskala, "siger NIST postdoktoral forsker Alex Smolyanitsky, der skrev modelprogrammet og var medforfatter til et nyt papir om undersøgelsen. "Hvis folk vil bruge grafen som et faststofsmøremiddel eller endda som en del af fleksible elektroder, det er et vigtigt arbejde. "

Med kapacitet til at blive foldet, rullet eller stablet, grafen er superstærk og har usædvanlige elektroniske og optiske egenskaber. Materialet kan bruges til applikationer lige fra elektroniske kredsløb til solceller til "smøring" af bevægelige dele i nanoskalaenheder.

Friktion er den kraft, der modstår glidning af to overflader mod hinanden. At studere friktion i atomskala er en udfordring, kan overvindes i de sidste par år. NIST -softwaren simulerer atomkraftmikroskopi (AFM) ved hjælp af en molekylær dynamisk teknik. Programmet blev brugt til at måle, hvad der sker, når et simuleret AFM -tip bevæger sig hen over en stak på et til fire grafenark (se billede) ved forskellige scanningshastigheder.

Forskerne fandt ud af, at grafen afbøjer under og omkring AFM -spidsen. Den lokaliserede, midlertidig vridning skaber rullende friktion eller modstand, kraften, der udøver træk på et cirkulært objekt, der ruller langs en overflade. Smolyanitsky sammenligner effekten med solens smeltende og blødgørende belægning i den stat, hvor han fik sin doktorgrad, Arizona, får bildæk til at synke lidt ind og sænke farten. NIST -resultaterne er i overensstemmelse med resultaterne fra de seneste grafenforsøg fra andre forskningsgrupper, men giver nye kvantitative data.

Mest markant, NIST -undersøgelsen viser, hvorfor friktion falder med hvert ark grafen tilføjet til stakken (hurtig scanning har også en effekt på friktionen). Med færre lag, det øverste lag afbøjer mere, og friktionen pr. enhed AFM -kontaktkraft stiger. Stablens øverste overflade bliver mindre flydende og mere glat, når der tilføjes grafenlag. Derimod, friktionen af ​​tredimensionelt grafitlignende materiale er praktisk talt upåvirket af deformation og rullende friktion, og skyldes i stedet varme skabt af den bevægelige spids.