De wrijving op een grafeenoppervlak kan dynamisch worden afgestemd met behulp van externe elektrische velden, volgens onderzoekers van de Universiteit van Illinois Urbana-Champaign onder leiding van professor Rosa Espinosa-Marzal van de afdeling Civiele Techniek en Milieutechniek. Het werk wordt gedetailleerd beschreven in het artikel "Dynamic tuning Friction at the graphene interface Using the field effect", gepubliceerd op 19 september 2023 in het tijdschrift Nature Communications. .

Wrijving speelt een sleutelrol in zowel natuurlijke als kunstmatige systemen en dicteert onder meer het gedrag van glijdende contacten, beïnvloedt de slijtage van materialen en beïnvloedt de stroming van vloeistoffen over oppervlakken. Wrijving kan passief worden geregeld door de selectie van ontwerpcomponenten, bijvoorbeeld materiaal en ruwheid.

Een recentere trend is echter het onderzoeken van systemen waarvan de wrijvingsrespons ter plekke dynamisch kan worden afgestemd, vooral nu apparaten op micro- en nanoschaal steeds gebruikelijker worden. Een van de meest veelbelovende manieren om wrijvingsbeheersing te bereiken is het gebruik van externe elektrische velden die de eigenschappen van smeermiddelen en materiaaloppervlakken kunnen moduleren, evenals de interacties daartussen.

"Nieuwe benaderingen voor het ontwerp van op elkaar inwerkende oppervlakken zijn nodig om voorbij de stand van de techniek te komen", schrijven de onderzoekers, "en 2D-materialen zijn een nieuwe en uitstekende keuze op basis van hun hoge mechanische sterkte en chemische en thermische stabiliteit." P>

Grafeen is de 2D-vorm van koolstof en wordt soms geprezen als een ‘wondermateriaal’ vanwege zijn unieke en overtreffende trap eigenschappen. Oppervlakken gecoat met grafeenfilms vertonen over het algemeen een zeer lage wrijving, maar de nieuwe resultaten tonen aan dat wrijving op met grafeen gecoate oppervlakken kan worden 'aangezet' door het oppervlak onder de juiste omstandigheden bloot te stellen aan een elektrisch veld. Het systeem kan vervolgens in deze toestand met hogere wrijving worden bestuurd voordat het wordt teruggeschakeld naar lagere wrijving, allemaal zonder grote elektrische spanningen toe te passen tussen de contactoppervlakken.

"Het werk zal van grote invloed zijn op het verminderen van het energieverbruik in nano- en micro-elektromechanische systemen, naast het mogelijk maken van dynamische controle van wrijving en het verminderen van de verbeterde slijtage en corrosie van glijoppervlakken wanneer directe bias wordt toegepast", aldus Espinosa-Marzal. /P>

Meer informatie: Gus Greenwood et al., Wrijving op het grensvlak van grafeen dynamisch afstemmen met behulp van het veldeffect, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-41375-7

Journaalinformatie: Natuurcommunicatie

Aangeboden door Grainger College of Engineering van de Universiteit van Illinois