Mecânica

Material híbrido apresenta atrito próximo de zero

Lubrificante ideal apresenta atrito praticamente zero
Os nanorrolos de grafeno enrolam-se nos nanodiamantes, gerando uma superlubricidade sustentada. [Imagem: Deshmukh/Insley/Sankaranarayanan/ANL]

Fim do atrito

Embora uma estrutura copiada das escamas das cobras consiga reduzir o atrito mecânico em 40%, é possível fazer ainda melhor - muito melhor.

Foi o que demonstraram Diana Berman e seus colegas do Laboratório Nacional Argonne, nos Estados Unidos, por meio de uma simulação computacional que mostrou como fabricar um material virtualmente à prova de atrito.

A simulação mostrou que é possível sintetizar um material híbrido que apresente em macroescala a superlubricidade, um fenômeno que se acreditava ser exclusivo das superfícies em nanoescala.

Lubrificantes de carbono

A possibilidade da ausência de atrito foi identificada em duas variantes cristalinas do carbono.

Em nanoescala, essas estruturas cristalinas assumem a forma de grafeno - folhas monoatômicas de carbono - e "carbono tipo diamante", ou DLC (diamond-like carbon), um tipo de carbono tridimensional que apresenta algumas das características típicas do diamante.

Os diamantes tipo carbono já são usados em superfícies antiatrito, enquanto o grafeno apresentou sinais até mesmo de um atrito negativo - e é bom lembrar que o grafite, um lubrificante bem conhecido, é essencialmente carbono puro na forma de folhas empilhadas de grafeno.

Os pesquisadores descreveram agora como juntar esses dois materiais - grafeno e DLC - para compor um material híbrido que praticamente elimina o atrito.

Nanorrolamentos

Quando o grafeno desliza contra outra superfície, ele começa a se enrolar, formando nanotubos de carbono - que os pesquisadores chamam de nanorrolos - que praticamente eliminam a fricção.

"Os nanorrolos combatem a fricção praticamente do mesmo modo que as esferas dos rolamentos, criando uma separação entre as superfícies," disse Sanket Deshmukh, membro da equipe.

Esses nanorrolos não são naturalmente estáveis, podendo continuamente se formar e se "aplainar" novamente sob a forma de grafeno devido à pressão da carga entre as duas superfícies, fazendo a fricção retornar aos níveis normais.

É aí que entram os nanodiamantes DLC: quando eles são adicionados, as folhas de grafeno enrolam-se espontaneamente em torno dos nanodiamantes, que mantêm os nanotubos no lugar, gerando uma superlubricidade sustentada.

"A beleza desta descoberta em particular é que fomos capazes de ver a superlubricidade sustentada em macroescala pela primeira vez, provando que este mecanismo pode ser usado em escala de engenharia para aplicações do mundo real," disse o professor Subramanian Sankaranarayanan.

Superlubricidade

A superlubricidade, um fenômeno cuja descrição completa ainda é alvo de discussão entre os físicos, pode aumentar a vida útil de praticamente todas peças móveis de equipamentos mecânicos - basta ver que um terço do consumo de combustível de um automóvel deve-se ao atrito entre os componentes do motor, transmissão e tração.

Para obter a superlubricidade sustentada, contudo, há uma exigência: tudo deve estar bem seco. Conforme mostraram as simulações, a presença de água faz as folhas de grafeno grudarem, inibindo a formação dos nanotubos essenciais à emergência da superlubricidade.

Bibliografia:

Macroscale superlubricity enabled by graphene nanoscroll formation
Diana Berman, Sanket A. Deshmukh, Subramanian K. R. S. Sankaranarayanan, Ali Erdemir, Anirudha V. Sumant
Science Express
Vol.: 348 no. 6239 pp. 1118-1122
DOI: 10.1126/science.1262024




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