(PhysOrg.com) - Liknar vägbanan, mjukas av en het sol, kommer att sakta ner en bil, grafen-ett en-atom-tjockt kolark med underbara egenskaper-bromsar ett objekt som glider över dess yta. Men stapla arken och grafen blir mer halt, säger teoretiker vid National Institute of Standards and Technology, som utvecklat ny programvara för att kvantifiera materialets friktion.

"Jag tror inte att någon förväntar sig att grafen ska bete sig som en yta av ett tredimensionellt material, men vår simulering för första gången förklarar skillnaderna i atomskala, "säger NIST postdoktoral forskare Alex Smolyanitsky, som skrev modelleringsprogrammet och var medförfattare till en ny uppsats om studien. "Om människor vill använda grafen som ett fast smörjmedel eller till och med som en del av flexibla elektroder, det här är ett viktigt arbete. "

Med kapacitet att vikas, rullade eller staplade, grafen är superstark och har ovanliga elektroniska och optiska egenskaper. Materialet kan användas i applikationer som sträcker sig från elektroniska kretsar till solceller till "smörjning" av rörliga delar i nanoskalaenheter.

Friktion är den kraft som motstår glidning av två ytor mot varandra. Att studera friktion i atomskala är en utmaning, överkomliga bara de senaste åren. NIST -programvaran simulerar atomkraftsmikroskopi (AFM) med hjälp av en molekylär dynamisk teknik. Programmet användes för att mäta vad som händer när en simulerad AFM -spets rör sig över en stapel med ett till fyra grafenark (se bild) med olika skanningshastigheter.

Forskarna fann att grafen avböjer under och runt AFM -spetsen. Den lokaliserade, tillfällig vridning skapar rullande friktion eller motstånd, kraften som utövar drag på ett cirkulärt föremål som rullar längs en yta. Smolyanitsky jämför effekten med solens smältande och mjukgörande beläggning i det tillstånd där han tog sin doktorsexamen, Arizona, orsakar bildäck att sjunka in något och sakta ner. NIST -resultaten överensstämmer med resultaten från de senaste grafenexperimenten från andra forskargrupper men ger nya kvantitativa data.

Mest signifikant, NIST -studien visar varför friktion faller med varje ark grafen som läggs till i stapeln (snabb skanning har också en effekt på friktionen). Med färre lager, det översta lagret avböjer mer, och friktionen per enhet AFM -kontaktkraft stiger. Stapelns övre yta blir mindre avkastande och mer hal när grafenlager läggs till. Däremot, friktionen av tredimensionellt grafitliknande material påverkas praktiskt taget inte av deformation och rullande friktion, och beror istället på värme som skapas av den rörliga spetsen.