Οι ερευνητές προσαρμόζουν δυναμικά την τριβή στο γραφένιο

Η τριβή σε μια επιφάνεια γραφενίου μπορεί να ρυθμιστεί δυναμικά χρησιμοποιώντας εξωτερικά ηλεκτρικά πεδία, σύμφωνα με τους ερευνητές του Πανεπιστημίου του Ιλινόις Urbana-Champaign με επικεφαλής την καθηγήτρια Rosa Espinosa-Marzal του Τμήματος Πολιτικών και Περιβαλλοντικών Μηχανικών. Η εργασία περιγράφεται λεπτομερώς στο άρθρο «Dynamic tuning of friction at the graphene interface using the field effect», που δημοσιεύτηκε στις 19 Σεπτεμβρίου 2023 στο περιοδικό. Επικοινωνίες για τη φύση.

Η τριβή παίζει βασικό ρόλο τόσο στα φυσικά όσο και στα κατασκευασμένα συστήματα, υπαγορεύοντας τη συμπεριφορά των επαφών ολίσθησης, επηρεάζοντας τη φθορά των υλικών και επηρεάζοντας τη ροή του υγρού στις επιφάνειες, μεταξύ άλλων επιδράσεων. Η τριβή μπορεί να ελεγχθεί παθητικά επιλέγοντας στοιχεία σχεδιασμού, για παράδειγμα, υλικό και τραχύτητα.

Ωστόσο, μια πιο πρόσφατη τάση ήταν η διερεύνηση συστημάτων των οποίων η απόκριση τριβής μπορεί να ρυθμιστεί δυναμικά επί τόπου, ειδικά καθώς οι συσκευές μικροκλίμακας και νανοκλίμακας γίνονται πιο κοινές. Ένας από τους πιο πολλά υποσχόμενους τρόπους για να επιτευχθεί ο έλεγχος της τριβής είναι με εξωτερικά ηλεκτρικά πεδία που μπορούν να διαμορφώσουν τις ιδιότητες των λιπαντικών και των επιφανειών υλικών, καθώς και τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ τους.

«Απαιτούνται νέες προσεγγίσεις στο σχεδιασμό διαδραστικών επιφανειών για να ξεπεράσουν την τελευταία λέξη της τεχνολογίας», γράφουν οι ερευνητές, «και τα δισδιάστατα υλικά είναι μια εξαιρετική νέα επιλογή που βασίζεται στην υψηλή μηχανική αντοχή και τη χημική και θερμική τους σταθερότητα».

Το γραφένιο είναι η δισδιάστατη μορφή άνθρακα και μερικές φορές χαιρετίζεται ως «θαυματουργό υλικό» λόγω των μοναδικών και υπερθετικών ιδιοτήτων του. Οι επιφάνειες που είναι επικαλυμμένες με φιλμ γραφενίου παρουσιάζουν γενικά πολύ χαμηλή τριβή, αλλά τα νέα αποτελέσματα δείχνουν ότι η τριβή σε επιφάνειες επικαλυμμένες με γραφένιο μπορεί να «ενεργοποιηθεί» εκθέτοντας την επιφάνεια σε ηλεκτρικό πεδίο υπό τις κατάλληλες συνθήκες. Στη συνέχεια, το σύστημα μπορεί να ελεγχθεί σε αυτήν την κατάσταση υψηλότερης τριβής πριν επιστρέψει σε χαμηλότερη τριβή, όλα αυτά χωρίς να εφαρμόζονται μεγάλες ηλεκτρικές προκαταλήψεις μεταξύ των επιφανειών επαφής.

“Το έργο θα έχει αντίκτυπο στη μείωση της κατανάλωσης ενέργειας σε νανο- και μικροηλεκτρομηχανικά συστήματα, καθώς και στη δυνατότητα δυναμικού ελέγχου της τριβής, ενώ θα μετριάσει την αυξημένη φθορά και τη διάβρωση των ολισθαίνων επιφανειών όταν εφαρμόζεται μπροστινή μεροληψία”, είπε. Espinosa-Marzal.