grafeen, een gemodificeerde vorm van koolstof, biedt veelzijdige toepassingsmogelijkheden bij het coaten van machinecomponenten en op het gebied van elektronische schakelaars. Een internationaal team van onderzoekers onder leiding van natuurkundigen van de Universiteit van Basel heeft de gladheid van dit materiaal op nanometerschaal bestudeerd. Omdat het bijna geen wrijving veroorzaakt, het zou het energieverlies in machines drastisch kunnen verminderen bij gebruik als coating, zoals de onderzoekers rapporteren in het tijdschrift Wetenschap .

In de toekomst, grafeen kan worden gebruikt als een extreem dunne coating, wat resulteert in bijna nul energieverlies tussen mechanische onderdelen. Dit is gebaseerd op de uitzonderlijk hoge smering - of zogenaamde superlubriciteit - van gemodificeerde koolstof in de vorm van grafeen. Het toepassen van deze eigenschap op mechanische en elektromechanische apparaten zou niet alleen de energie-efficiëntie verbeteren, maar ook de levensduur van de apparatuur aanzienlijk verlengen.

De oorzaken van het smeermiddelgedrag doorgronden

Een internationale gemeenschap van natuurkundigen van de Universiteit van Basel en de Empa hebben de bovengemiddelde gladheid van grafeen bestudeerd met behulp van een tweeledige benadering die experimenten en berekeningen combineert. Om dit te doen, ze verankerden tweedimensionale stroken koolstofatomen - zogenaamde grafeen-nanoribbons - aan een scherpe punt en sleepten ze over een gouden oppervlak. Computergebaseerde berekeningen werden gebruikt om de interacties tussen de oppervlakken te onderzoeken terwijl ze over elkaar bewogen. Met behulp van deze aanpak, het onderzoeksteam onder leiding van Prof. Ernst Meyer aan de Universiteit van Basel hoopt de oorzaken van supersmering te doorgronden; tot nu, op dit gebied is weinig onderzoek gedaan.

Door de grafeenlinten te bestuderen, de onderzoekers hopen meer te weten te komen dan alleen het slipgedrag. Het meten van de mechanische eigenschappen van het op koolstof gebaseerde materiaal is ook zinvol omdat het uitstekende mogelijkheden biedt voor een hele reeks toepassingen op het gebied van coatings en micromechanische schakelaars. In de toekomst, zelfs elektronische schakelaars zouden kunnen worden vervangen door nanomechanische schakelaars, die minder energie zouden verbruiken voor het in- en uitschakelen dan conventionele transistors.

De experimenten onthulden bijna perfect, wrijvingsloze beweging. Het is mogelijk om grafeenlinten met een lengte van 5 tot 50 nanometer te verplaatsen met extreem kleine krachten (2 tot 200 piconewton). Er is een hoge mate van consistentie tussen de experimentele waarnemingen en de computersimulatie.

Een discrepantie tussen het model en de werkelijkheid treedt alleen op bij grotere afstanden (vijf nanometer of meer) tussen de meetpunt en het gouden oppervlak. Dit komt waarschijnlijk omdat de randen van de grafeen nanoribbons verzadigd zijn met waterstof, waarmee in de simulaties geen rekening werd gehouden.

"Onze resultaten helpen ons om de manipulatie van chemicaliën op nanoniveau beter te begrijpen en de weg vrij te maken voor het creëren van wrijvingsloze coatings, schrijven de onderzoekers.