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Il grafene sulle superfici di platino sfida la legge di Coulomb

01.02.2023

Ricercatori di Basilea e Tel Aviv hanno scoperto che l'attrito cambia con la velocità in specifiche strutture di grafene sulle superfici di platino, violando la legge di Coulomb, che afferma che l'attrito è indipendente dalla velocità nel macrocosmo.

I materiali costituiti da singoli strati atomici sono molto apprezzati per le loro proprietà di basso attrito, utili per ridurre l'attrito su dischi rigidi o parti mobili di satelliti o telescopi spaziali. Composto da un singolo strato di atomi di carbonio disposti a nido d'ape, il grafene è un ottimo esempio e viene testato per il suo potenziale come strato lubrificante. Ricerche precedenti hanno dimostrato che il nastro di grafene può scivolare su una superficie d'oro quasi senza attrito.

Se il grafene viene applicato su una superficie di platino, ciò ha un effetto significativo sulle forze di attrito misurate. Ora i fisici delle Università di Basilea e Tel Aviv hanno capito che in questo caso l'attrito dipende dalla velocità con cui la punta del microscopio a forza atomica si muove sulla superficie. Questa conclusione è stata una sorpresa, poiché l'attrito non dipende dalla velocità secondo la legge di Coulomb, applicata nel macrocosmo.

Quando combinato con un substrato di platino, il grafene non forma più solo una struttura esagonale a nido d'ape di atomi di carbonio, ma forma sovrastrutture note come superlattici Moiré. Quindi la superficie non è più assolutamente piana e presenta un certo grado di rugosità.

"Se spostiamo la punta dell'AFM su questa superficie leggermente ondulata a bassa velocità, misuriamo una forza di attrito debole e quasi costante", spiega il prof. Ernst Mayer dell'Istituto svizzero di nanoscienze e del Dipartimento di fisica dell'Università di Basilea. "Ma al di sopra di una certa soglia, l'attrito aumenta alla velocità della punta dell'AFM", aggiunge il primo autore Dr. Yiming Song. "Maggiore è l'accumulo di moiré, minore è la soglia alla quale l'attrito diventa dipendente dalla velocità."

I ricercatori hanno scoperto che sulle creste delle sovrastrutture moiré, c'è più resistenza mentre la punta si muove. Queste creste subiscono una deformazione elastica attraverso la punta di spinta prima di rilassarsi nuovamente quando la pressione è sufficientemente alta. Questo effetto si traduce in grandi forze di attrito che aumentano con la velocità della punta. Simulazione e modello analitico confermano i risultati sperimentali ottenuti da questo team internazionale di ricercatori.

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Notizie casuali dall'Archivio

Supersteel modellato su osso umano 14.03.2017

Un team internazionale di scienziati dell'Università di Kyushu (Giappone), del Max Planck Institute (Germania) e del Massachusetts Institute of Technology ha sviluppato il superacciaio. Hanno preso un osso umano come campione: è leggero, forte e resistente alle screpolature grazie alla sua struttura organizzata gerarchicamente. Di conseguenza, il nuovo materiale non subisce più a lungo un fenomeno noto come fatica del metallo. Gli sviluppatori hanno presentato i loro risultati in un articolo sulla rivista Science.

Le ossa umane hanno una struttura complessa: su scala nanometrica, le minuscole fibre di collagene sono organizzate all'incirca come un laminato, ad es. con diversi strati di fibre orientati in direzioni diverse. A livello micro, l'osso ha una struttura reticolare e dei vuoti appositamente disposti, grazie ai quali l'osso diventa leggero e resistente allo stesso tempo.

Il nuovo superacciaio ha una struttura simile su scala nanometrica. Oltre agli strati, che aiutano a limitare la propagazione delle cricche già esistenti allo strato in cui si sono originate, nel materiale vengono utilizzate varie leghe con resistenze diverse. Grazie a questo dispositivo, le crepe risultanti si diffondono ciascuna a modo proprio, il che aiuta a prevenirne la crescita. Inoltre, poiché alcune aree sono più flessibili di altre, l'energia di carichi ripetuti viene assorbita e talvolta può chiudere la microfessurazione risultante.

Per questo motivo, il nuovo acciaio è molto più resistente alla fatica dei metalli, il che gli consentirà di essere utilizzato per creare molte strutture - ad esempio ponti e veicoli spaziali - meno soggette a distruzioni impreviste.

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