p (Phys.org) —Quando pedaços nanométricos de grafite deslizam uns contra os outros, não pode haver praticamente nenhum atrito entre eles. Por muitos anos, atrito superlento, ou "superlubricidade, "era conhecido por existir apenas em nanoescala. Então, em 2012, os cientistas demonstraram pela primeira vez a superlubricidade além da nanoescala quando descobriram o fenômeno na grafite do tamanho de um micrômetro. Com base nesta e em pesquisas relacionadas, cientistas em um novo estudo agora mostraram teoricamente que o atrito superlento pode se estender a dezenas de centímetros. p No novo estudo publicado em Cartas de revisão física , pesquisadores Ming Ma, et al., teoricamente investigaram o comprimento máximo de uma cadeia de partículas que exibe superlubricidade. Seu modelo mostra que este comprimento crítico depende dos parâmetros experimentais e das propriedades do material, especialmente sua rigidez. Para materiais muito rígidos, como nanotubos de carbono, os cientistas descobriram que a superlubricidade pode durar até dezenas de centímetros, após o que desaparece abruptamente.

p "Esses resultados indicam um caminho para alcançar o atrito superlento na macroescala, e pode potencialmente auxiliar no projeto racional de materiais superlúbricos para aplicações nanomecânicas, "Michael Urbakh, professor da Universidade de Tel Aviv e um dos principais autores do estudo, contado Phys.org .

p Como os cientistas explicam, o atrito superlento depende de um arranjo especial de átomos na superfície de um material. Em grafite, por exemplo, os átomos da superfície têm um arranjo hexagonal irregular, como caixas / caixas de ovos. Em certas orientações, duas superfícies de grafite podem se encaixar de tal forma que as "saliências" podem deslizar uma sobre a outra sem esforço, e o atrito cai para quase zero.

p Em contraste, quando as mesmas peças de grafite são ligeiramente giradas em relação umas às outras, seus átomos de superfície não podem mais deslizar facilmente, e os materiais exibem os efeitos familiares do atrito.

p Esse tipo de mudança na configuração geométrica pode explicar a transição abrupta entre os regimes de fricção e sem fricção nos modelos dos pesquisadores. Um nanotubo mais curto, ou corrente, exibe superlubricidade porque suas partículas são incompatíveis, ou incomensurável, com os átomos do substrato subjacente. Uma vez que os átomos evitam se interligar, a corrente desliza facilmente na superfície. Mas para uma cadeia mais longa, uma instabilidade mecânica aciona a correspondência da rede na ponta da corrente. Como resultado, as partículas ficam em registro, ou proporcional, com os átomos na estrutura do substrato, e o atrito aumenta repentinamente.

p As simulações dos pesquisadores também revelaram que o comprimento crítico da cadeia forma uma fronteira nítida entre duas fases com base na distância entre as partículas:a distância entre as partículas é menor na cadeia mais curta do que na cadeia mais longa. Exatamente no comprimento crítico, ocorre um salto abrupto nesta distância, junto com o salto abrupto de fricção.

p Ao compreender melhor a superlubricidade e seus limites, os pesquisadores esperam estender o efeito para a maior escala possível. A superlubricidade pode ser muito útil para projetar sistemas em nanoescala com baixo desgaste, e poderia ser ainda mais útil se pudesse ser estendido a escalas maiores.

p "O desafio aqui é aumentar o tamanho dos objetos deslizantes sem perder a geometria perfeita da caixa de ovo necessária para a superlubricidade, "disse o co-autor Andrea Vanossi no CNR-IOM Democritos National Simulation Center e na International School for Advanced Studies (SISSA), ambos em Trieste, Itália. "Normalmente, conforme o tamanho dos objetos cresce, defeitos e imperfeições entram em jogo. Apenas recentemente, graças aos avanços impressionantes nas técnicas de síntese, foi possível produzir sem defeitos, nanoestruturas alongadas atomicamente perfeitas, como nanotubos de carbono, nanofitas de grafeno, e polímeros conjugados. Uma vez que é possível ter dois em grande escala, superfícies geometricamente perfeitas esfregam uma contra a outra sem atrito, e para aplicar este material como um revestimento para rolamentos de esferas e peças móveis da máquina, haverá uma grande economia à frente nas áreas de energia, consumo de recursos, e manutenção. "

p Os pesquisadores estão atualmente trabalhando para expandir sua abordagem para compreender os mecanismos que limitam o atrito superlento entre materiais 3D. p © 2015 Phys.org