Sorprendentemente, l’attrito tra la punta di un microscopio a forza atomica e le sovrastrutture Moiré dipende dalla velocità con cui la punta si sposta sulla superficie. Crediti: Dipartimento di Fisica, Università di Basilea e Scixel
I ricercatori di Basilea e Tel Aviv hanno scoperto che l’attrito varia con la velocità in particolare grafene strutture su superfici di platino, sfidando la legge di Coulomb che afferma che l’attrito è indipendente dalla velocità nel mondo macro.
I materiali costituiti da singoli strati atomici sono molto apprezzati per le loro qualità a basso attrito, utili per ridurre l’attrito nei dischi rigidi o nelle parti mobili di satelliti o telescopi spaziali. Il grafene, costituito da un singolo strato di atomi di carbonio disposti come un nido d’ape, è un ottimo esempio ed è sotto esame per il suo potenziale come strato lubrificante. Studi precedenti hanno mostrato che un nastro di grafene può scivolare quasi senza attrito su una superficie d’oro.
Risultati sorprendenti con una superficie ruvida
Se il grafene viene applicato su una superficie di platino, ha un impatto significativo sulle forze di attrito misurabili. Ora, i fisici del Università di Basilea e Università di Tel-Aviv hanno riportato sulla rivista Lettere Nano che, in questo caso, l’attrito dipende dalla velocità con cui la punta di un microscopio a forza atomica (AFM; vedi riquadro) viene spostata sulla superficie. Questa scoperta è sorprendente perché l’attrito non dipende dalla velocità secondo la legge di Coulomb, che si applica nel mondo macro.
In combinazione con il substrato di platino, il grafene non forma più solo il modello esagonale a nido d’ape di atomi di carbonio e forma invece sovrastrutture note come superlattici Moiré. La superficie quindi non è più completamente piana e presenta un certo grado di rugosità.
«Se spostiamo la punta dell’AFM su questa superficie leggermente ondulata a bassa velocità, misuriamo una forza di attrito debole e quasi costante», spiega il professor Ernst Meyer dello Swiss Nanoscience Institute e del Dipartimento di fisica dell’Università di Basilea. “Al di sopra di una certa soglia, tuttavia, l’attrito aumenta con la velocità della punta dell’AFM”, aggiunge il primo autore Dr. Yiming Song. “Più grande è la sovrastruttura Moiré, minore è la soglia alla quale l’attrito diventa dipendente dalla velocità.”
I ricercatori hanno scoperto che c’è una maggiore resistenza alle creste delle sovrastrutture Moiré durante il movimento della punta. Queste creste subiscono una deformazione elastica dovuta alla punta di spinta prima di rilassarsi nuovamente quando la pressione è sufficientemente elevata. Questo effetto si traduce in maggiori forze di attrito che aumentano con la velocità della punta. Le simulazioni e un modello analitico confermano i risultati sperimentali ottenuti da questo team internazionale di ricercatori.
Riferimento: “Velocity Dependence of Moiré Friction” di Yiming Song, Xiang Gao, Antoine Hinaut, Sebastian Scherb, Shuyu Huang, Thilo Glatzel, Oded Hod, Michael Urbakh e Ernst Meyer, 30 novembre 2022, Nano Letters.
DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c03667
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