Wrijving aan te passen op grafeen-oppervlak | Grafeen (graphene)
Wrijving aan te passen op grafeen-oppervlak

Net zoals de zon een wagen zou vertragen op een aangelegde asfaltweg, kan grafeen, een materiaal met wonderbaarlijke eigenschappen, een glijdend object vertragen op een oppervlak.
Eénmaal de vellen zich opstapelen wordt grafeen gladder, zeggen theoretici aan het NIST (National Institute of Standards and Technology) die nieuwe software ontwikkelden om de wrijving van het materiaal te kwantificeren.

“Ik denk niet dat iemand verwacht had dat grafeen zich als een 3D-oppervlak zou gedragen, maar onze simulatie verklaart de verschillen op een atomaire schaal”, zegt NIST postdoctoraal onderzoeker Alex Smolyanitsky, die de software ontwikkelde en co-auteur is van een nieuw artikel over het onderzoek.

Voor mensen die grafeen willen gebruiken in toepassingen zoals een solid-state smeermiddel of zelfs als een onderdeel van flexibele elektroden is dit belangrijke informatie.

Wrijving is de kracht die optreedt als twee oppervlakken tegen elkaar schuiven. Op een atomaire schaal wrijving bestuderen is nog maar enkele jaren mogelijk en vormt een echte uitdaging.
Het NIST software simuleert ‘atoomkracht-microscopie’ (AFM) met behulp van een moleculaire dynamica techniek.
Het programma werd gebruikt om te meten wat er gebeurt als een gesimuleerde AFM punt beweegt over een stapel van een tot vier grafeen vellen (zie afbeelding) op verschillende scansnelheden.

De onderzoekers ontdekten dat grafeen rond het AFM punt buigt.
Door de lokale en tijdelijke vervormingen ontstaat er een ​​rollende wrijving of weerstand, die weerstand verplaatst zich verder via een cirkelvormige vorm die langs het oppervlak rolt.
Smolyanitsky vergelijkt het effect van de zon die verzachting veroorzaakt in de bestrating waardoor de autobanden een beetje zinken, meer wrijving veroorzaakt en de auto doet vertragen.
De NIST resultaten zijn consistent met recente grafeen experimenten door andere onderzoeksgroepen maar bieden nieuwe kwantitatieve gegevens.

Bepalend aan het NIST onderzoek is dat het laat zien waarom de wrijving afneemt telkens als er een nieuwe laag grafeen wordt toegevoegd. De bovenkant van de stapel wordt gladder als er lagen worden toegevoegd omdat de bovenste laag minder weerkaatsing te verwerken krijgt. De wrijving van 3D grafiet-achtige materialen daarentegen is nagenoeg onafhankelijk van vervorming en rolweerstand.

Bron: nist.gov
Foto: A Smolyanitsky/NIST


3D print schaalmodel structuur grafeen