"Nano-maskiner" (cirka en miljarddels meter stora) i framtiden kommer att behöva små enheter för att minska friktionen och göra rörelse möjlig. C60-molekylen, även känd som fullerene eller buckyball, verkade för många en utmärkt kandidat för nanolager. Tyvärr, resultaten hittills har varit motstridiga, efterlyser ytterligare studier, som den som genomfördes av ett teoretiskt team som involverade SISSA, ICTP, CNR och EMPA. Genom en rad datasimuleringar avslöjade forskarna orsaken till de experimentella avvikelserna och belyste den materiella potentialen i detta material.
För cirka 3500 år sedan, människan uppfann hjulet för att göra livet lättare. Sedan, tack vare Leonardo Da Vincis geni, hjulet gjordes mindre för att få kullager. Och idag? "Idag försöker vi bli ännu mindre:forskare tänker på nanolager", kommenterar Andrea Vanossi, av CNR - Democritos och International School for Advanced Studies (SISSA) i Trieste, bland författarna till en studie som just har publicerats i Nanoskala . "I framtiden kommer vi att ha många nanomaskiner som kan utföra de mest olika uppgifter, till exempel transport av läkemedel inuti människokroppen. För att spara energi, många av dessa fordon måste kunna röra sig effektivt, använder så lite energi som möjligt, och "nano" -stora kullager kan hjälpa till att uppnå detta mål ".
"Forskare trodde att de kunde använda C60, en ihålig kol -nanosfär, mäter en nanometer i diameter", förklarar Erio Tosatti, SISSA professor och en annan författare till studien", men det finns ett problem:de experimentella resultaten skiljer sig helt från varandra." C60 har en temperatur (260° Kelvin) vid vilken molekylerna plötsligt blir fria att rotera, som förhoppningsvis har en roll i friktionen. De två viktigaste experimenten som gjorts hittills, dock, har gett motstridiga resultat:över denna temperatur, när materialet fick glida över ett underlag, i ett fall var det ingen signifikant minskning av friktionen, medan minskningen i den andra var dramatisk, bra 100%. "Vad är det som händer? Om vi antar att mätningarna är korrekta och att experimenten utförts korrekt (och vi har ingen anledning att tro något annat) hur förklarar vi denna skillnad?", undrar Vanossi. "Av denna anledning, vi bestämde oss för att verifiera".
Teamet (ett samarbete mellan SISSA, det internationella centret för teoretisk fysik "Abdus Salam" ICTP i Trieste, det italienska nationella forskningsrådet CNR, och Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology) genomförde en teoretisk, simuleringsbaserad studie.
"Vi simulerade den lilla spetsen av ett elektronmikroskop som bär en C60 -fling, som släpades över en yta också gjord av C60", förklarar Vanossi. "Vi upptäckte att när flingan var fäst på ett sådant sätt att den inte kunde rotera minskade inte friktionen, även om vi höjde temperaturen till över 260° K. Det är som om lagren som utgör flingan sammankopplade med underlaget, utan nanobärande effekt. Dock, när flingan var fri att rotera skedde en dramatisk minskning av friktionen och flingan kunde glida över ytan mycket smidigare. "Men här beror nedgången i friktion inte på kullagereffekten, men till förändringen i kontaktgeometri.
De två staterna återger därför resultaten från de två experimenten. "Våra data återspeglar troget de empiriska observationerna", avslutar Tosatti. "Detta bådar naturligtvis inte gott för den framtida användningen av fullerit för att minska friktionen på nanoskala, genom att den nanobärande funktionen inte är bekräftad, men det kastar äntligen ljus över det här problemets fysik”.
