O atrito na microescala depende inesperadamente da velocidade de deslizamento

O atrito na escala atômica parece depender da velocidade com que duas superfícies se movem uma em relação à outra. Esse comportamento surpreendente foi observado quando a ponta de um microscópio de força atômica (AFM) se move ao longo de um revestimento de grafeno, e pesquisadores das universidades de Basel, na Suíça, e Tel Aviv, em Israel, dizem que resulta da ondulação da superfície induzida por uma incompatibilidade na estrutura de treliça do grafeno. . A descoberta, juntamente com as observações de que a força de atrito escala de maneira diferente em diferentes regimes de velocidade, pode ter aplicações em dispositivos como discos rígidos e componentes móveis em satélites ou telescópios espaciais que requerem fricção ultrabaixa.

Em objetos macroscópicos comuns, o atrito é independente da velocidade de deslizamento (de acordo com a lei de Coulomb) ou linearmente dependente dela (por exemplo, em meios viscosos). Na escala atômica, no entanto, as coisas são diferentes. Na nova obra, uma equipe liderada Ernesto Meyer do Instituto Suíço de Nanociência e os votos de Departamento de Física da Universidade de Basel mediu a velocidade com que um microscópio de força atômica (AFM) se move através de uma camada de grafeno (uma forma 2D de átomos de carbono dispostos em uma configuração semelhante a um favo de mel) sobre um substrato de platina.

Superredes de moiré

Em seu experimento, que eles relatam em Nano Letters, Meyer e seus colegas descobriram que o grafeno forma superestruturas conhecidas como superredes moiré. Essas estruturas não são mais completamente planas, e o atrito que elas produzem escala de várias maneiras dependendo do regime de velocidade.

De acordo com simulações dinâmicas moleculares atomísticas por Oded Hod e Michael UrbachEm Tel Aviv, o mecanismo por trás do efeito vem da deformação nas cristas da superrede moiré à medida que a ponta do AFM se move ao longo da interface grafeno/platina. A ponta induz deformação elástica à medida que empurra o rebordo, seguida de relaxamento do rebordo após o desprendimento da ponta à medida que desliza para a frente.

Em baixas velocidades de varredura AFM, a força de fricção é pequena e permanece constante (uma reminiscência do comportamento macroscópico), explica Hod. Acima de um certo limite de velocidade, entretanto, ela aumenta logaritmicamente. “Esse limite é menor quanto maior o tamanho da superestrutura moiré, permitindo ajustar o valor de cruzamento por meio do ângulo de torção interfacial”, diz Hod.

“Uma mensagem clara para aplicações práticas”

“Nossas descobertas fornecem uma mensagem clara para aplicações práticas”, acrescenta Urbakh. “Para alcançar fricção ultrabaixa usando revestimentos de materiais bidimensionais, eles devem ser preparados de forma a produzir padrões moiré em pequena escala.”

Efeitos quânticos tornam o magneteno surpreendentemente escorregadio

Os pesquisadores dizem que o mecanismo que observaram também pode ser relevante para materiais policristalinos, nos quais os limites de grão estão presentes. Eles planejam estudá-los com mais detalhes em trabalhos futuros. “Nesse caso, a dissipação de energia friccional é dominada pela contribuição dos contornos de grão”, diz Hod Mundo da física. “Pretendemos encontrar maneiras de eliminar o atrito no limite de grão, por exemplo, explorando regimes únicos de coeficiente de atrito negativo, onde o atrito reduz com cargas normais externas, em contraste com a intuição física comum.”

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• Fonte: https://physicsworld.com/a/friction-at-the-microscale-depends-unexpectedly-on-sliding-speed/