В будущем графен можно будет использовать в качестве чрезвычайно тонкого покрытия, что приведет к почти нулевым потерям энергии между механическими частями. Это основано на исключительно высокой смазывающей способности — или так называемой сверхсмазочной способности — модифицированного углерода в форме графена.
Применение этого свойства к механическим и электромеханическим устройствам не только повысит энергоэффективность, но и значительно продлит срок службы оборудования.
Выявление причин поведения смазочного материала
Международное сообщество физиков из Базельского университета и Эмпа изучило смазывающую способность графена выше среднего, используя двусторонний подход, сочетающий эксперименты и вычисления. Для этого они прикрепили двумерные полоски атомов углерода — так называемые графеновые наноленты — к острому наконечнику и протащили их по поверхности золота. Компьютерные вычисления использовались для исследования взаимодействий между поверхностями при их перемещении друг над другом.
Используя этот подход, исследовательская группа под руководством проф. Эрнст Мейер из Базельского университета надеется выяснить причины повышенной смазанности; до сих пор в этой области было проведено мало исследований.
Изучая графеновые ленты, исследователи надеются узнать больше, чем просто о скольжении.
Измерение механических свойств материала на основе углерода также имеет смысл, поскольку он предлагает отличный потенциал для целого ряда применений в области покрытий и микромеханических переключателей. В будущем даже электронные переключатели могут быть заменены наномеханическими переключателями, которые будут использовать меньше энергии для включения и выключения, чем обычные транзисторы.
Эксперименты показали практически идеальное движение без трения. Можно перемещать графеновые ленты длиной от 5 до 50 нанометров, используя чрезвычайно малые силы (от 2 до 200 пиконьютонов).
Между экспериментальными наблюдениями и компьютерным моделированием наблюдается высокая степень соответствия.
Несоответствие модели и реальности проявляется только на больших расстояниях (пять нанометров и более) между измерительным наконечником и поверхностью золота.
Вероятно, это связано с тем, что края графеновых нанолент насыщены водородом, что не было учтено при моделировании.
«Наши результаты помогают нам лучше понять манипуляции с химическими веществами на наноуровне и проложить путь к созданию покрытий без трения», — пишут исследователи.