"Nano-machines" (ongeveer een miljardste van een meter groot) van de toekomst zullen kleine apparaten nodig hebben om wrijving te verminderen en beweging mogelijk te maken. Het C60-molecuul, ook bekend als fullereen of buckyball, leek velen een uitstekende kandidaat voor nano-lagers. Helaas, de resultaten zijn tot nu toe tegenstrijdig, om verdere studies te vragen, zoals die is uitgevoerd door een theoretisch team met SISSA, ICTP, CNR en EMPA. Door middel van een reeks computersimulaties hebben de wetenschappers de reden voor de experimentele discrepanties blootgelegd en licht geworpen op het ware potentieel van dit materiaal.

Ongeveer 3500 jaar geleden, de mens heeft het wiel uitgevonden om het leven gemakkelijker te maken. Vervolgens, dankzij het genie van Leonardo Da Vinci, het wiel werd kleiner gemaakt om kogellagers te verkrijgen. En vandaag? "Vandaag proberen we nog kleiner te worden:wetenschappers denken aan nanolagers", opmerkingen Andrea Vanossi, van de CNR – Democritos en de International School for Advanced Studies (SISSA) van Triëst, onder de auteurs van een onderzoek dat zojuist is gepubliceerd in nanoschaal . "In de toekomst zullen we veel nanomachines hebben die in staat zijn om de meest uiteenlopende taken uit te voeren, bijvoorbeeld het vervoeren van medicijnen in het menselijk lichaam. Om energie te besparen, veel van deze voertuigen zullen zich efficiënt moeten kunnen verplaatsen, zo min mogelijk energie verbruiken, en "nano"-kogellagers kunnen dit doel helpen bereiken".

"Wetenschappers dachten dat ze C60 konden gebruiken, een holle koolstof nanosfeer, met een diameter van één nanometer", legt Erio Tosatti uit, SISSA-professor en een andere auteur van de studie", maar er is een probleem:de experimentele resultaten wijken volledig af van elkaar". C60 heeft een temperatuur (260° Kelvin) waarbij de moleculen plotseling vrij kunnen roteren, die hopelijk een rol speelt bij wrijving. De twee belangrijkste experimenten die tot nu toe zijn uitgevoerd, echter, tegenstrijdige resultaten hebben opgeleverd:boven deze temperatuur, toen het materiaal gemaakt was om over een substraat te glijden, in één geval was er geen significante afname van wrijving, terwijl in de andere de daling dramatisch was, een goede 100%. "Wat is er aan de hand? Als we aannemen dat de metingen correct zijn en de experimenten correct zijn uitgevoerd (en we hebben geen reden om anders te geloven), hoe kunnen we dit verschil dan verklaren?", vraagt ​​Vanossi zich af. "Om deze reden, we besloten om te verifiëren".

Het team (een samenwerking tussen SISSA, het Internationaal Centrum voor Theoretische Fysica "Abdus Salam" ICTP van Triëst, de Italiaanse Nationale Onderzoeksraad CNR, en de Zwitserse federale laboratoria voor materiaalwetenschap en -technologie) voerden een theoretisch, op simulatie gebaseerde studie.

"We simuleerden het kleine puntje van een elektronenmicroscoop met een C60-vlokje, die over een oppervlak werd gesleept dat ook van C60 was gemaakt", legt Vanossi uit. "We ontdekten dat wanneer de vlok zo was vastgemaakt dat hij niet kon draaien, de wrijving niet afnam, zelfs als we de temperatuur tot boven de 260 ° K zouden verhogen. Het is alsof de lagers waaruit de vlok bestaat, in elkaar grijpen met het substraat, zonder nano-dragend effect. Echter, toen de vlok vrij kon draaien, was er een dramatische daling van de wrijving en kon de vlok veel soepeler over het oppervlak glijden". Maar hier is de wrijvingsdaling niet te wijten aan het kogellagereffect, maar aan de verandering in contactgeometrie.

De twee toestanden reproduceren daarom de resultaten van de twee experimenten. "Onze gegevens weerspiegelen getrouw de empirische waarnemingen", concludeert Tosatti. "Dit voorspelt natuurlijk niet veel goeds voor het toekomstige gebruik van fulleriet om wrijving op nanoschaal te verminderen, in die zin dat de nanodragende functie niet is bevestigd, maar het werpt eindelijk licht op de fysica van dit probleem".