grafen, en modifierad form av kol, erbjuder mångsidig potential för användning vid beläggning av maskinkomponenter och inom området för elektroniska omkopplare. Ett internationellt team av forskare ledda av fysiker vid universitetet i Basel har studerat smörjigheten hos detta material på nanometerskala. Eftersom det nästan inte ger någon friktion alls, det kan drastiskt minska energiförlusten i maskiner när den används som beläggning, som forskarna rapporterar i tidskriften Vetenskap .

I framtiden, grafen kan användas som en extremt tunn beläggning, vilket resulterar i nästan noll energiförlust mellan mekaniska delar. Detta är baserat på den exceptionellt höga smörjigheten – eller så kallad supersmörjhet – hos modifierat kol i form av grafen. Att tillämpa denna egenskap på mekaniska och elektromekaniska anordningar skulle inte bara förbättra energieffektiviteten utan också avsevärt förlänga utrustningens livslängd.

Ta reda på orsakerna till smörjmedlets beteende

Ett internationellt samhälle av fysiker från universitetet i Basel och Empa har studerat den över genomsnittliga smörjigheten hos grafen med en tvådelad metod som kombinerar experiment och beräkning. Att göra detta, de förankrade tvådimensionella remsor av kolatomer – så kallade grafennanorband – till en skarp spets och drog dem över en guldyta. Datorbaserade beräkningar användes för att undersöka växelverkan mellan ytorna när de rörde sig över varandra. Genom att använda detta tillvägagångssätt, forskargruppen ledd av prof. Ernst Meyer vid universitetet i Basel hoppas kunna förstå orsakerna till supersmörjhet; tills nu, lite forskning har utförts på detta område.

Genom att studera grafenbanden, forskarna hoppas kunna lära sig mer än bara halkbeteendet. Att mäta de mekaniska egenskaperna hos det kolbaserade materialet är också meningsfullt eftersom det erbjuder utmärkt potential för en hel rad applikationer inom området beläggningar och mikromekaniska brytare. I framtiden, till och med elektroniska omkopplare skulle kunna ersättas av nanomekaniska omkopplare, som skulle använda mindre energi för att slå på och av än konventionella transistorer.

Experimenten visade nästan perfekt, friktionsfri rörelse. Det är möjligt att flytta grafenband med en längd på 5 till 50 nanometer med extremt små krafter (2 till 200 piconewton). Det finns en hög grad av överensstämmelse mellan de experimentella observationerna och datorsimuleringen.

En diskrepans mellan modellen och verkligheten uppträder endast vid större avstånd (fem nanometer eller mer) mellan mätspetsen och guldytan. Detta beror förmodligen på att kanterna på grafennanorbanden är mättade med väte, som inte togs med i simuleringarna.

"Våra resultat hjälper oss att bättre förstå manipulation av kemikalier på nanonivå och banar väg för att skapa friktionsfria beläggningar, " skriver forskarna.