Des chercheurs du Laboratoire National de l’Argonne du département américain de l’Energie ont créé un nouveau matériau combinant du graphène et des diamants, qui est en mesure de surmonter presque entièrement la friction. La propriété, connue sous le nom « superlubricity » ou « superlubrification », est très recherchée pour son utilisation potentielle dans un large éventail de systèmes mécaniques.
De gauche à droite, les chercheurs Ani Sumant, Ali Erdemir, Subramanian Sankaranarayanan, Sanket Deshmukh, et Diana Berma
En zoomant jusqu’à un niveau atomique, la friction est causée par des atomes verrouillés ensemble, de sorte qu’il est difficile pour eux de passer l’un sur l’autre. C’est comme faire glisser les fonds de deux cartons d’œufs l’un sur l’autre. Ils vont être freinés au cours du processus.
Dans une tentative pour créer un matériau qui élimine tout de cet effet, la petite équipe de chercheurs a combiné trois éléments clés – des nanoparticules de diamant, une surface de carbone de type diamant et de nombreuses petites morceaux de graphène.
Ce dernier est une forme extrêmement forte et conductrice de carbone pur qui a juste un atome d’épaisseur, et formant un réseau hexagonal à deux dimensions. Il existe une large gamme d’utilisations potentielles prometteuses pour ce matériel, y compris les textiles, l’éclairage et des gilets pare-balles, avec des chercheurs clament actuellement être arrivé à une méthode viable pour sa production à grande échelle.
En combinant les trois matériaux, les chercheurs de l’Argonne National Laboratory ont observé que des morceaux de graphène interagissant avec les nanoparticules de diamant dès qu’ils étaient frottés contre la surface de carbone de type diamant. En substance, le graphène s’est enroulé autour des particules de diamant pour créer une structure de type minuscule roulement à billes, que les chercheurs appellent des « nanoscrolls » ou des « nanorouleaux ».
Ces nanoscrolls sont capables de changer d’orientation pendant le processus de glissement, empêchant ainsi deux surfaces de venir se verrouiller ensemble. Les chercheurs ont effectué des tests pour prouver c’était le cas à l’échelle nanométrique, mais ont aussi utilisé le supercalculateur Mira de l’Argonne Leadership Computing pour exécuter des calculs atomiques à grande échelle, ce qui suggère que l’effet fonctionnera également à l’échelle macroscopique, en théorie du moins.
Bien que ces résultats aient été extrêmement prometteurs, l’équipe a rencontré un problème déroutant. Alors que le matériau combinant diamant/graphène effectuait un travail admirable dans des conditions sèches, la superlubrification n’a pas été maintenue quand il a été introduit dans un environnement humide.
Pour résoudre le mystère, les chercheurs se sont tournés de nouveau vers les calculs atomiques qui ont révélé que la présence d’une couche d’eau empêchait la formation de nanorouleaux, ce qui provoque des niveaux plus élevés de frottement par la suite.
L’équipe estime que les résultats pourraient avoir un impact significatif sur le terrain.
« Tout le monde rêverait d’être en mesure d’atteindre la superlubrification dans une large gamme de systèmes mécaniques, mais c’est est un objectif très difficile à atteindre », a déclaré le chercheur Sanket Deshmukh. « Les connaissances tirées de cette étude, seront cruciales dans la recherche de moyens de réduire la friction dans tout, des moteurs ou des turbines jusqu’aux disques durs d’ordinateurs en passant par des systèmes microélectromécaniques. »
http://www.sciencemag.org/content/348/6239/1118.abstract?sid=2fa4e85b-9bfd-4207-8500-4ff4e7d6b65d
http://www.anl.gov/articles/slip-sliding-away-graphene-and-diamonds-prove-slippery-combination
