 Ученые Аргоннской национальной лаборатории энергетики нашли способ использовать крошечные алмазы и графен, чтобы дать трению скольжение, создавая новое сочетание материалов, демонстрирующее редкое явление «супергладкости».
Исследователи комбинировали алмазные наночастицы, небольшие участки графена и алмазоподобного углеродного материала, чтобы создать супергладкость - высоко желательное свойство, в котором трение падает до нуля.
Согласно одному из ученых, когда графен и алмазные частицы трутся против большой алмазоподобной углеродной поверхности, графен сворачивается вокруг алмазной частицы, создавая нечто вроде шарикоподшипника на наноскопическом уровне. Взаимодействие между графеном и алмазоподобным углеродом имеет важное значение для создания эффекта супергладкости. Эти два материала зависят друг от друга.
На атомном уровне трение происходит, когда атомы в материалах, которые скользят друг против друга становятся «заперты в состоянии», что требует дополнительной энергии для его преодоления. Есть моменты, при котором позиционирование зазоров между атомами вызывает запутывание между материалами, что предотвращает легкое скольжение.
Создавая инкапсулированные графеном алмазные шарикоподшипники, или «свитки», команда нашла способ перевести наноразмерную супергладкость в макромасштабное явление. Поскольку «свитки» изменяют свою ориентацию в процессе скольжения, достаточное количество частиц алмаза и кусков графена предотвращаются состояние закрытия двух поверхностей. Команда использовала масштабные атомистические вычислений на суперкомпьютере, чтобы доказать, что эффект может рассматриваться не только на наноуровне, но и на макроуровне.
Тем не менее, команда была озадачена, что в то время как супергладкость могла быть поддержана в сухих условиях, в условиях повышенной влажности это было не так. Поскольку это поведение было нелогичным, команда снова обратилась к атомистическим расчетами. Они наблюдали, что формирование прокрутки ингибируется в присутствии водного слоя, поэтому появляется большее трение.
В то время как области трибологии давно занимается способами, чтобы уменьшить трение - и таким образом удовлетворить энергетические потребности различных механических систем - супергладкость рассматривалась как трудное предложение. Знания, полученные из этого исследования, будет иметь решающее значение в поиске путей для уменьшения трения во всех системах, от двигателей или турбин до компьютерных жестких дисков и микроэлектромеханических систем.
|
