Programa De Modelado Para Medir La Fricción Del Grafeno

Fricción del grafeno

El investigador postdoctoral del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología Alex Smolyanitsky desarrolló un software para cuantificar la fricción encontrada en grafeno . El software puede mostrar la fricción a nivel atómico simulando microscopía de fuerza atómica.

Similar a la forma en que el pavimento, suavizado por un sol caliente, ralentizará un automóvil, el grafeno (uno) átomo -capa gruesa de carbono con propiedades maravillosas- ralentiza el deslizamiento de un objeto por su superficie. Pero apilar las hojas y el grafeno se vuelve más resbaladizo, dicen los teóricos del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST), que desarrollaron un nuevo software para cuantificar la fricción del material.

“No creo que nadie espere que el grafeno se comporte como una superficie de un material tridimensional, pero nuestra simulación por primera vez explica las diferencias a escala atómica”, dice el investigador postdoctoral del NIST Alex Smolyanitsky, quien escribió el programa de modelado y fue coautor de un nuevo artículo sobre el estudio. “Si la gente quiere usar el grafeno como lubricante de estado sólido o incluso como parte de electrodos flexibles, este es un trabajo importante”.

Con la capacidad de ser plegado, enrollado o apilado, el grafeno es súper fuerte y tiene propiedades ópticas y electrónicas inusuales. El material podría usarse en aplicaciones que van desde circuitos electrónicos hasta células solares y “engrasado” de piezas móviles en dispositivos a nanoescala.

La fricción es la fuerza que resiste el deslizamiento de dos superficies entre sí. Estudiar la fricción a escala atómica es un desafío, superable solo en los últimos años. El software NIST simula la microscopía de fuerza atómica (AFM) utilizando una técnica de dinámica molecular. El programa se utilizó para medir lo que sucede cuando una punta de AFM simulada se mueve a través de una pila de una a cuatro hojas de grafeno (ver imagen) a diferentes velocidades de escaneo.

Los investigadores encontraron que el grafeno se desvía debajo y alrededor de la punta del AFM. La deformación temporal localizada crea fricción o resistencia de rodadura, la fuerza que ejerce el arrastre sobre un objeto circular que rueda a lo largo de una superficie. Smolyanitsky compara el efecto con el sol que derrite y ablanda el pavimento en el estado donde obtuvo su doctorado, Arizona, lo que hace que los neumáticos de los automóviles se hundan un poco y disminuyan la velocidad. Los resultados del NIST son consistentes con los de experimentos recientes con grafeno realizados por otros grupos de investigación, pero proporcionan nuevos datos cuantitativos.

Lo más significativo es que el estudio del NIST muestra por qué la fricción cae con cada hoja de grafeno que se agrega a la pila (el escaneo rápido también tiene un efecto sobre la fricción). Con menos capas, la capa superior se desvía más y aumenta la fricción por unidad de fuerza de contacto AFM. La superficie superior de la pila se vuelve menos flexible y más resbaladiza a medida que se agregan capas de grafeno. Por el contrario, la fricción de un material similar al grafito tridimensional prácticamente no se ve afectada por la deformación y la fricción de rodadura, sino que se debe al calor creado por la punta en movimiento.

Imagen: A Smolyanitsky / NIST

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