(Phys.org) —Se você suavizar em um lápis, desliza mais facilmente? Certo. Mas talvez não se a ponta for afiada para dimensões nanoescala. Uma equipe de pesquisadores do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) descobriu que se o grafite (o material do lápis "grafite") for pegajoso o suficiente, conforme medido por uma sonda em nanoescala, na verdade, fica mais difícil deslizar uma ponta pela superfície do material conforme você diminui a pressão - o exato oposto de nossa experiência cotidiana.
Tecnicamente, isso leva a um coeficiente de fricção efetivamente negativo, "algo que não foi visto anteriormente, de acordo com a líder da equipe Rachel Cannara. Grafite, Cannara explica, faz parte de uma classe especial de sólidos chamados materiais "lamelares", que são formados por pilhas de folhas bidimensionais de átomos. As folhas são de grafeno, um plano de átomos de carbono com a espessura de um único átomo que são arranjados em um padrão hexagonal. O grafeno tem uma série de propriedades elétricas e materiais exóticas que o tornam atraente para sistemas micro e nanoeletromecânicos com aplicações que variam de sensores de gás e acelerômetros a ressonadores e interruptores ópticos.
Zhao Deng, um pesquisador de pós-doutorado da Universidade de Maryland no NIST's Center for Nanoscale Science and Technology, observou alguns dados estranhos ao fazer experiências em grafite com um microscópio de força atômica (AFM). Deng estava medindo as forças de atrito na ponta em nanoescala de um AFM rastreando o grafite enquanto modificava a "viscosidade" da superfície, permitindo que pequenas quantidades de oxigênio fossem adsorvidas à camada superior de grafeno.
Simulações teóricas de atrito entre grafite e sonda AFM:
Deng descobriu que quando a força adesiva entre o grafeno e a caneta tornou-se maior do que a atração da camada de grafeno pelo grafite abaixo, reduzir a pressão na caneta tornava mais difícil arrastar a ponta pela superfície - um atrito diferencial negativo.
Apoiado por simulações teóricas realizadas por colaboradores do NIST e da Universidade Tsinghua em Pequim, A equipe de Cannara descobriu que, depois que a ponta AFM foi pressionada na superfície de grafite, se a força atrativa é alta o suficiente, a ponta pode puxar uma pequena região localizada da camada superficial de grafeno para longe do material a granel, como levantar uma bolha em nanoescala da superfície. Empurrar essa deformação dá mais trabalho do que deslizar sobre uma superfície plana. Portanto, sempre que os pesquisadores pressionaram a ponta do AFM contra a superfície pegajosa de grafite e, em seguida, tentaram separar as duas, eles mediram um aumento na força de atrito com uma sensibilidade na casa das dezenas de piconewtons.
"Assim que tivermos um modelo completo que descreve como essas folhas de grafeno se deformam sob carregamento repetido e deslizamento em nanoescala - no qual estamos trabalhando agora - a microscopia de força de fricção pode ser a maneira mais direta de medir a energia que une esses materiais em camadas. E, uma vez que não é destrutivo, a medição pode ser realizada em dispositivos de trabalho, "Diz Cannara. Compreender como as folhas interagem umas com as outras e com outras partes de um dispositivo ajudaria a quantificar a energia necessária para produzir folhas individuais a partir de material a granel, avaliar a operação do dispositivo, e auxiliar na formulação de novas estruturas com base em materiais em camadas, ela diz.
