Наноалмазы, завёрнутые в графен, уменьшают трение почти до нуля

Учёные из Аргоннской национальной лаборатории, исследуя условия, при которых возможно кардинально уменьшить трение между двумя твёрдыми поверхностями, придумали использовать для этого ^[1]комбинацию графена и микроскопических алмазов. При этом алмазы служат аналогом шариков в подшипниках, уменьшая трение почти до нуля.

В нашем мире везде присутствует трение. Гладкие на первый взгляд поверхности содержат микроскопические неровности, которые, цепляясь друг за друга, противодействуют движению соприкасающихся предметов. В технике для уменьшения потерь энергии ^[2]и предотвращения истирания движущихся частей используют смазку – иногда жидкую, иногда густую. В частности, хорошими смазывающими свойствами обладает смазка из графита ^[3].

В микромире на небольших идеально ровных поверхностях, соприкасающихся друг с другом, трение возникает из-за взаимного воздействия атомов. Например, у того же графита поверхность состоит из холмов и впадин, сильно напоминающих коробку для яиц. Если выровнять две соприкасающиеся поверхности, то они будут беспрепятственно скользить. Если же чуть повернуть одну из них, станут возникать зацепления и трение резко возрастёт.

Если две кристаллические поверхности обладают разным строением кристаллов, «несовместимым» друг с другом, трение между ними должно быть очень небольшим. Такое предположение и взялись проверить исследователи под руководством Анирудхи Суманта ^[4], физика и доктора наук.

Учёные измеряли силу трения между графеном и алмазоподобным углеродом. Первый, графен, представляет собою плоскую двумерную поверхность, а потому демострирует малое трение ^[5]. Последний материал, diamond-like carbon ^[6](DLC) аморфен, как углерод, но при этом имеет некоторые свойства кристаллов алмаза. Его применяют в качестве покрытия для разных инструментов и приборов. DLC-покрытие придаёт такие свойства, как прочность, водостойкость и уменьшение силы трения.

В экспериментах получалось, что сила трения между двумя материалами меняется неравномерно. Изучив происходящее, учёные выяснили, что графен скатывается в небольшие рулончики, которые, катясь между поверхностями, иногда действуют как шарики в подшипниках, уменьшая трение. Тогда экспериментаторам пришло в голову усилить этот эффект, добавив между поверхностями небольшие алмазы.

Свойства алмаза позволяют получать очень мелкие его частицы, находящиеся практически на наноуровне. Результаты эксперимента обнадёжили учёных – нанорулончики частиц графена, оборачиваясь вокруг наноалмазов, обеспечили устойчивый эффект подшипника, и привели к практически полному исчезновению трения. Впервые получилось достичь суперскольжения ^[7]между двумя материалами, которые не были идеальными микроскопическими поверхностями без всяких дефектов.

Исследуя свойства явления, учёные выяснили, что большая влажность (выше, чем относительная влажность в 30%), практически сводит эффект на нет. По-видимому, водяной пар, попадая между поверхностями, способствует их взаимному притяжению. Тем не менее, этот эффект наверняка получит применение с пользой в микроэлектронике, космической промышленности и других областях, в которых можно контролировать состояние окружающей среды.

Автор: SLY_G

Источник ^[8]