NIMS, a Universidade de Tóquio e a Universidade de Hiroshima descobriram em conjunto pela primeira vez, por meio de cálculos teóricos e experimentos, que os atritos macroscópicos que ocorrem entre as superfícies dos minerais de argila se originam de forças eletrostáticas interatômicas entre essas superfícies. Essa descoberta pode facilitar o projeto de materiais de lubrificantes sólidos e a compreensão dos mecanismos de deslizamento de falha causadores de terremotos.

Forças de atrito entre as superfícies dos cristais em camadas, como minerais de argila, são geralmente baixos. Esta propriedade é considerada a causa de deslizamentos de terra e movimentos de falha na natureza. Esforços ativos têm sido feitos em pesquisas sobre fricção para desenvolver lubrificantes sólidos redutores de fricção e para outros fins. Acredita-se que a origem da fricção entre as superfícies de minerais de argila seja induzida por alguns tipos de forças de ligação; Contudo, essas forças não foram compreendidas em detalhes devido a influências complexas de forças eletrostáticas e intermoleculares entre as superfícies de minerais de argila, diferenças de orientação cristalográfica entre essas superfícies, rugosidade da superfície e presença de impurezas.

Esta equipe de pesquisa conjunta estudou a muscovita - um mineral de argila em camadas - com superfícies planas e lisas no nível atômico. A equipe primeiro removeu a umidade do espaço entre as superfícies de muscovita (20 cm x 40 cm de área) aplicando alta pressão em condições secas. A equipe então mediu as forças de atrito entre as superfícies de muscovita em diferentes posições de deslizamento. Como resultado, a equipe observou partículas de desgaste produzidas a partir de superfícies de muscovita desgastadas e descobriu que essas partículas podem ter anulado o efeito da orientação cristalográfica nas forças de atrito. A equipe também determinou as forças de atrito geradas pela estimativa das forças eletrostáticas interatômicas entre as superfícies de contato usando cálculos de mecânica quântica, assumindo que o efeito da orientação cristalográfica nas forças de atrito é nulo. As forças de atrito calculadas corresponderam quase perfeitamente aos resultados experimentais. Assim, a equipe de pesquisa confirmou pela primeira vez que os atritos que ocorrem entre as superfícies de minerais de argila de dezenas de centímetros de tamanho são controlados por forças eletrostáticas em escala atômica.

Em estudos futuros, os pesquisadores esperam desenvolver uma teoria que explique a resistência ao atrito em uma ampla gama de minerais de argila, além da muscovita. Tal teoria pode fornecer diretrizes de projeto de material para lubrificantes sólidos redutores de fricção e outros produtos relacionados ao atrito.