Materiał hybrydowy odporny na tarcie

Materiał hybrydowy odporny na tarcie

Symulacja przeprowadzona na superkomputerze Mira pozwoliła naukowcom z Argonne National Laboratory na identyfikację i udoskonalenie nowego mechanizmu eliminującego tarcie. Jej następstwem było zaprojektowanie hybrydowego materiału, który jako pierwszy niemal całkowicie eliminuje to zjawisko.

Prace projektowe przeprowadził Sanketa Deshmukha. Udowodnił, że gdy warstwy grafenu oraz węgla DLC przemieszczają się wzajemnie, grafen zaczyna tworzyć cylindryczne zwoje, dzięki którym tarcie zostaje praktycznie wyeliminowane.

Prace badawcze nad współpracą tych dwóch materiałów prowadzone były już wcześniej przez Ali Erdemira, Anirudha Sumanta oraz Dianę Berman w tamtejszym laboratorium trybologicznym. To podczas nich uczeni po raz pierwszy spotkali się z niezwykle niskim współczynnikiem tarcia, który często się wahał, a w szczególności, gdy zmianie ulegała wilgotność. Dopiero symulacje przeprowadzone na 10-petaflopsowym superkomputerze pozwoliły odkryć zagadkę, która za tym stała.

Wyniki wykazały, że wahania współczynnika tarcia związane są z niestabilnymi zwojami grafenu, które pod wpływem ciężaru ulegają spłaszczeniu. Aby zapobiegać temu zjawisku naukowcy dodali do materiału cząsteczki nanodiamentów, wokół których formowały się już stabilne grafenowe rurki. Co ważne, symulacje przeprowadzone na Mirze zostały potwierdzone przez eksperymenty naukowców.

Niestety nanodiamenty nie okazały się remedium na zwiększenie sił tarcia w wilgotnym środowisku. Nowy materiał może być więc wykorzystany w wąskim zakresie zastosowań, jednak należą do nich elementy dysków twardych, turbiny wiatrowe oraz części składowe urządzeń MEMS oraz NEMS.

(rr)