Liderado pelo Dr. Elton Santos da Escola de Matemática e Física da Universidade, uma equipe internacional de pesquisadores encontrou superlubricidade em algumas camadas de grafeno - um conceito em que o atrito desaparece ou quase desaparece. Os especialistas também descobriram que algumas camadas de nitreto de boro hexagonal (h-BN) são tão fortes quanto o diamante, mas são mais flexíveis, mais barato e mais leve.

As evidências, que foram relatados em Nature Communications , revelam que as camadas h-BN formam o isolante fino mais forte disponível globalmente e as qualidades únicas do material podem ser usadas para criar dispositivos inteligentes flexíveis e quase inquebráveis, bem como pintura à prova de riscos para automóveis.

O Dr. Santos explica:"Todos nós, em algum momento da vida, pisamos em uma superfície escorregadia onde temos que firmar nosso equilíbrio para não cair. Na maioria dos casos, líquidos como água ou óleo são a causa e esse estado escorregadio é o que descrevemos como superlubricidade - basicamente não há atrito na superfície.

"No grafeno, este estado de superlubricidade vem de orbitais atômicos que compõem átomos de carbono. Normalmente, para gerar atrito, alguns orbitais devem se sobrepor e aquecer, ou alguma energia, deve ser lançado. Surpreendentemente, nossa pesquisa mostra que o grafeno não requer este processo, ele simplesmente desliza espontaneamente sobre as outras camadas, mas não libera calor. Isso significa que o grafeno, que é 300 vezes mais forte que o aço, torna-se mecanicamente mais fraco e pode quebrar facilmente. "

Os resultados da pesquisa em torno das camadas h-BN mostram que suas propriedades mecânicas são semelhantes às do diamante, mas são muito mais baratas, mais flexível e mais leve. Pode ser facilmente integrado em minúsculos circuitos eletrônicos ou para reforçar estruturas, pois é mais robusto contra choques ou tensões mecânicas.

O Dr. Santos comentou:"Foi um privilégio trabalhar com pesquisadores globais para prever e medir o grafeno multicamadas e o h-BN de uma forma sem precedentes. É quase impossível no momento fazer grandes avanços na ciência sem trabalhar em colaboração. Na Queen's University avançamos nosso conhecimento desses materiais em camadas e fizemos algumas descobertas importantes, o que poderia ajudar a enfrentar muitos desafios globais em nossa sociedade.

"Nossa principal descoberta é que o grafeno de duas camadas desenvolve um estado de super-lubricidade em que nenhum aquecimento é gerado conforme as camadas deslizam umas sobre as outras. Apenas alguns materiais têm esses recursos e parece que o grafeno se juntou a este clube exclusivo. Durante este processo , também descobrimos que h-BN, um lubrificante comum usado em várias aplicações automotivas e industriais, desenvolveu uma resistência mecânica em algumas camadas. São tão fortes como diamantes, medido em termos de uma quantidade chamada módulo de Young. Esta é uma descoberta verdadeiramente inovadora, pois mesmo um isolante com camadas finas não poderia manter seu módulo de Young em magnitudes tão altas.

“Existem várias possibilidades de aplicação de nossas descobertas que podem ter um impacto positivo no mundo real. Estamos olhando para um cronograma de cerca de cinco a dez anos para transformar as descobertas em produtos reais, mas podemos ver benefícios como reforço material para mistura em soluções como tinta para tinta, o que daria mais resistência contra a corrosão e poderia significar carros à prova de arranhões no futuro.

"Este material elástico também pode ser usado em dispositivos eletrônicos e motores para tornar o atrito muito baixo, como nenhum calor é liberado. "

O Dr. Santos acrescentou:"Na eletrônica, várias empresas estão atualmente integrando o h-BN em protótipos junto com o grafeno para a criação de dispositivos inteligentes como iPads e Androids com recursos exclusivos. Essas empresas também estão incorporando h-BN com polímeros para dar força adicional para novas aplicações mecânicas, como aeroespacial, esportes e engenharia civil.

“No momento, estamos procurando outras combinações de cristais 2D que possam ser usados ​​para aplicações semelhantes. Até agora, o grafeno parece ser o melhor candidato, mas ainda há muito a ser explorado na biblioteca de materiais em camadas. O futuro é brilhante para materiais 2D por causa do desenvolvimento, progresso e pesquisa atualmente sendo realizada em todo o mundo. "