O atrito em uma superfície de grafeno pode ser ajustado dinamicamente usando campos elétricos externos, de acordo com pesquisadores da Universidade de Illinois Urbana-Champaign liderados pela professora Rosa Espinosa-Marzal, do Departamento de Engenharia Civil e Ambiental. O trabalho é detalhado no artigo "Ajustando dinamicamente o atrito na interface do grafeno usando o efeito de campo", publicado em 19 de setembro de 2023, na revista Nature Communications. .



O atrito desempenha um papel fundamental tanto nos sistemas naturais como nos de engenharia, ditando o comportamento dos contactos deslizantes, afetando o desgaste dos materiais e influenciando o fluxo de fluidos através das superfícies, entre outros efeitos. O atrito pode ser controlado passivamente através da seleção dos componentes do projeto, por exemplo, material e rugosidade.

Uma tendência mais recente, no entanto, tem sido investigar sistemas cuja resposta de fricção possa ser ajustada dinamicamente in situ, especialmente à medida que dispositivos em micro e nanoescala se tornam mais comuns. Um dos caminhos mais promissores para alcançar o controle do atrito são os campos elétricos externos que podem modular as propriedades dos lubrificantes e das superfícies dos materiais, bem como as interações entre eles.

“Novas abordagens para o projeto de superfícies interativas são necessárias para superar o estado da arte”, escrevem os pesquisadores, “e os materiais 2D são uma escolha nova e excelente com base em sua alta resistência mecânica e estabilidade química e térmica”.

O grafeno é a forma 2D do carbono e às vezes é aclamado como um “material maravilhoso” devido às suas propriedades únicas e superlativas. Superfícies revestidas com filmes de grafeno geralmente exibem atrito muito baixo, mas os novos resultados demonstram que o atrito em superfícies revestidas com grafeno pode ser “ativado” expondo a superfície a um campo elétrico sob condições adequadas. O sistema pode então ser controlado neste estado de maior atrito antes de voltar ao menor atrito, tudo sem aplicar grandes polarizações elétricas entre as superfícies em contato.

“O trabalho terá impacto na redução do consumo de energia em sistemas nano e microeletromecânicos, além de permitir o controle dinâmico do atrito e ao mesmo tempo mitigar o aumento do desgaste e da corrosão das superfícies deslizantes quando aplicada polarização direta”, disse Espinosa-Marzal.

Mais informações: Gus Greenwood et al, Ajustando dinamicamente o atrito na interface do grafeno usando o efeito de campo, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-41375-7
Informações do diário: Comunicações da Natureza

Fornecido pela Faculdade de Engenharia Grainger da Universidade de Illinois