A lubricidade mede a redução do atrito mecânico e do desgaste por um lubrificante. Estas são as principais causas de falha de componentes e perda de energia em sistemas mecânicos e eletromecânicos. Por exemplo, um terço da energia baseada no combustível nos veículos é gasto para superar o atrito. Portanto, a superlubricidade - o estado de ultra-baixo atrito e desgaste - é uma grande promessa para a redução do desgaste por atrito em dispositivos mecânicos e automáticos.

Um novo estudo conjunto da Universidade de Tel Aviv / Universidade de Tsinghua concluiu que a superlubricidade estrutural robusta pode ser alcançada entre diferentes, materiais em microescala sob altas cargas externas e condições ambientais. Os pesquisadores descobriram que as interfaces em microescala entre grafite e nitreto de boro hexagonal exibem atrito e desgaste ultrabaixo. Este é um marco importante para futuras aplicações tecnológicas no espaço, automotivo, indústrias eletrônicas e médicas.

A pesquisa é o produto de uma colaboração entre o Prof. Oded Hod e o Prof. Michael Urbakh da Escola de Química do TAU; e Prof. Ming Ma e Prof. Quanshui Zheng do Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade de Tsinghua e seus colegas. Foi conduzido sob os auspícios do Centro XIN colaborativo TAU-Tsinghua e foi publicado em Materiais da Natureza em 30 de julho.

Implicações enormes para computadores e outros dispositivos

A nova interface é seis ordens de magnitude maior em área de superfície do que as medições anteriores em nanoescala e exibe superlubricidade robusta em todas as orientações interfaciais e em condições ambientais.

"A superlubricidade é um fenômeno físico altamente intrigante, um estado de atrito praticamente zero ou ultrabaixo entre duas superfícies de contato, "diz o Prof. Hod." As implicações práticas de se alcançar uma superlubricidade robusta em dimensões macroscópicas são enormes. A economia de energia esperada e a prevenção do desgaste são enormes. "

"Esta descoberta pode levar a uma nova geração de discos rígidos de computador com maior densidade de informações armazenadas e maior velocidade de transferência de informações, por exemplo, "acrescenta o Prof. Urbakh." Isso também pode ser usado em uma nova geração de rolamentos de esferas para reduzir o atrito rotacional e suportar cargas radiais e axiais. Suas perdas de energia e desgaste serão significativamente menores do que nos dispositivos existentes. "

A parte experimental da pesquisa foi realizada usando microscópios de força atômica em Tsinghua e as simulações de computador totalmente atomísticas foram concluídas em TAU. Os pesquisadores também caracterizaram o grau de cristalinidade das superfícies grafíticas através da realização de medições de espectroscopia.

Estreita colaboração

O estudo surgiu de uma previsão anterior por grupos teóricos e computacionais no TAU de que a superlubricidade estrutural robusta poderia ser alcançada através da formação de interfaces entre os materiais grafeno e nitreto de boro hexagonal. "Esses dois materiais estão atualmente no noticiário após o Prêmio Nobel de Física 2010, que foi premiado por experimentos inovadores com o grafeno material bidimensional. A superlubricidade é uma de suas aplicações práticas mais promissoras, "diz o Prof. Hod.

"Nosso estudo é uma estreita colaboração entre os grupos teóricos e computacionais TAU e o grupo experimental de Tsinghua, "diz o Prof. Urbakh." Existe uma cooperação sinérgica entre os grupos. Teoria e computação alimentam experimentos de laboratório que, por sua vez, fornecem realizações importantes e resultados valiosos que podem ser racionalizados por meio de estudos computacionais para refinar a teoria. "

Os grupos de pesquisa continuam a colaborar neste campo estudando os fundamentos da superlubricidade, suas extensas aplicações e seu efeito em interfaces cada vez maiores.