Grafen glider glat hen over guldet

grafen, en modificeret form for kulstof, tilbyder alsidigt potentiale til brug i belægningsmaskinkomponenter og inden for elektroniske kontakter. Et internationalt team af forskere ledet af fysikere ved universitetet i Basel har studeret smøreevnen af ​​dette materiale på nanometerskalaen. Da det næsten ikke frembringer gnidninger overhovedet, det kan drastisk reducere energitab i maskiner, når det bruges som belægning, som forskerne rapporterer i tidsskriftet Videnskab .

I fremtiden, grafen kunne bruges som en ekstremt tynd belægning, hvilket resulterer i næsten nul energitab mellem mekaniske dele. Dette er baseret på den usædvanligt høje smøreevne - eller såkaldt supersmøreevne - af modificeret kulstof i form af grafen. Anvendelse af denne egenskab på mekaniske og elektromekaniske enheder ville ikke kun forbedre energieffektiviteten, men også forlænge udstyrets levetid betydeligt.

Uddybning af årsagerne til smøremidlets adfærd

Et internationalt samfund af fysikere fra University of Basel og Empa har undersøgt grafens smørighed over gennemsnittet ved hjælp af en todelt tilgang, der kombinerer eksperimentering og beregning. At gøre dette, de forankrede todimensionelle strimler af kulstofatomer – såkaldte grafen-nanobånd – til en skarp spids og trak dem hen over en guldoverflade. Computerbaserede beregninger blev brugt til at undersøge interaktionerne mellem overfladerne, når de bevægede sig på tværs af hinanden. Ved hjælp af denne tilgang, forskerholdet ledet af prof. Ernst Meyer ved universitetet i Basel håber på at finde ud af årsagerne til supersmøring; indtil nu, lidt forskning er blevet udført på dette område.

Ved at studere grafenbåndene, forskerne håber at lære om mere end blot glideadfærden. Måling af de mekaniske egenskaber af det kulstofbaserede materiale giver også mening, fordi det giver fremragende potentiale til en lang række anvendelser inden for belægninger og mikromekaniske kontakter. I fremtiden, selv elektroniske kontakter kunne erstattes af nanomekaniske kontakter, som ville bruge mindre energi til at tænde og slukke end konventionelle transistorer.

Eksperimenterne afslørede næsten perfekte, friktionsfri bevægelse. Det er muligt at flytte grafenbånd med en længde på 5 til 50 nanometer ved brug af ekstremt små kræfter (2 til 200 piconewtons). Der er en høj grad af overensstemmelse mellem de eksperimentelle observationer og computersimuleringen.

En uoverensstemmelse mellem modellen og virkeligheden viser sig kun ved større afstande (fem nanometer eller mere) mellem målespidsen og guldoverfladen. Dette skyldes sandsynligvis, at kanterne af grafen nanobåndene er mættede med brint, hvilket der ikke blev taget højde for i simuleringerne.

"Vores resultater hjælper os til bedre at forstå manipulation af kemikalier på nanoniveau og bane vejen for at skabe friktionsfri belægninger, " skriver forskerne.