Under ledning av Dr Elton Santos från University's School of Mathematics and Physics, ett internationellt team av forskare har hittat superlubricitet i några lager grafen - ett koncept där friktion försvinner eller nästan försvinner. Experterna fann också att några lager av hexagonal bornitrid (h-BN) är lika starka som diamant men är mer flexibla, billigare och lättare.

Resultaten, som har rapporterats i Naturkommunikation , avslöja att h-BN-lagren utgör den starkaste tunna isolatorn som finns tillgänglig globalt och att materialets unika kvaliteter kan användas för att skapa flexibla och nästan obrytbara smarta enheter, samt reptät lack för bilar.

Dr Santos förklarar:"Vi har alla någon gång i livet trampat på en halt yta där vi måste stabilisera balansen så att vi inte faller. I de flesta fall, vätska som vatten eller olja är orsaken och detta hala tillstånd är vad vi beskriver som superlubricitet - det finns i princip ingen friktion på en yta.

"I grafen, detta superlubricitetstillstånd kommer från atomorbitaler som komponerar kolatomer. I vanliga fall, för att generera friktion måste vissa orbitaler överlappa och värma, eller lite energi, måste släppas. Förvånande, vår forskning visar att grafen inte kräver denna process, det glider bara spontant ovanpå andra lager men släpper inte ut värme. Det betyder att grafen, som är 300 gånger starkare än stål, blir mekaniskt svagare och kan lätt gå sönder. "

Forskningsresultaten kring h-BN-skikten visar att dess mekaniska egenskaper liknar diamant men är mycket billigare, mer flexibel och lättare. Det kan enkelt integreras i små elektroniska kretsar eller för att förstärka strukturer eftersom det är mer robust mot stötar eller mekanisk påfrestning.

Dr Santos kommenterade:"Det har varit ett privilegium att arbeta med globala forskare för att förutsäga och mäta grafen och h-BN på flera lager. Det är nästan omöjligt för närvarande att göra stora genombrott inom vetenskapen utan att arbeta i samarbete. Vid Queen's University vi har avancerat vår kunskap om dessa skiktade material och har gjort några stora upptäckter, vilket kan hjälpa till att hantera många globala utmaningar i vårt samhälle.

"Vårt nyckelfynd är att tvålagers grafen utvecklar ett supersmörjighetstillstånd där ingen uppvärmning genereras när lagren glider ovanpå varandra. Bara några material har dessa funktioner och det ser ut som att grafen har anslutit sig till denna exklusiva klubb. Under denna process , vi upptäckte också att h-BN, ett vanligt smörjmedel som används i flera fordons- och industriapplikationer, utvecklat en mekanisk hållfasthet i några lager. Dessa är lika starka som diamanter, mätt i termer av en kvantitet som kallas Young modulus. Detta är en verkligt banbrytande upptäckt eftersom även en isolator med tunna lager inte kunde hålla sin Young-modul vid så höga storlekar.

"Det finns flera möjligheter att tillämpa våra upptäckter som kan ha en positiv inverkan i den verkliga världen. Vi tittar på en tidslinje på cirka fem till tio år för att omvandla upptäckterna till riktiga produkter men vi kan se fördelar som materialförstärkning till blandning i lösningar som bläck för färg, vilket skulle ge ytterligare styrka mot korrosion och potentiellt kan innebära repsäkra bilar i framtiden.

"Detta stretchiga material kan också användas i elektroniska enheter och motorer för att göra friktionen mycket låg, eftersom ingen värme släpps. "

Dr Santos tillade:"Inom elektronik, flera företag integrerar för närvarande h-BN i prototyper tillsammans med grafen för skapandet av smarta enheter som iPads och Androids med unika funktioner. Dessa företag införlivar också h-BN med polymerer för att ge ytterligare styrka för nya mekaniska applikationer som flyg, sport och anläggning.

"Vi letar för närvarande efter andra kombinationer av 2D -kristaller som kan användas för liknande applikationer. Hittills har grafen verkar vara den bästa kandidaten men det finns fortfarande mycket att utforska inom biblioteket med skiktade material. Framtiden är ljus för 2D -material på grund av utvecklingen, framsteg och forskning som för närvarande utförs över hela världen. "