La profesora de Ingeniería Química y Biomolecular Elisa Riedo y su equipo han descubierto una ley de fricción fundamental que está conduciendo a una comprensión más profunda de la disipación de energía en la fricción y al diseño de materiales bidimensionales capaces de minimizar la pérdida de energía

La fricción es un fenómeno cotidiano; permite a los conductores detener sus autos frenando y a los bailarines ejecutar movimientos complicados en varias superficies del piso. Sin embargo, también puede ser un efecto no deseado que impulsa el desperdicio de grandes cantidades de energía en los procesos industriales, el sector del transporte y otros lugares. Los tribólogos, aquellos que estudian la ciencia de las superficies que interactúan en movimiento relativo, han estimado que una cuarta parte de las pérdidas globales de energía se deben a la fricción y el desgaste.

Si bien la fricción está muy extendida y es relevante en tecnología, las leyes fundamentales de la fricción aún son oscuras y solo recientemente los científicos han podido utilizar los avances en nanotecnología para comprender, por ejemplo, el origen microscópico de la ley de da Vinci, que sostiene que las fuerzas de fricción son proporcionales a la carga aplicada.

Ahora, Riedo y su investigador postdoctoral de NYU Tandon, Martin Rejhon, han encontrado un nuevo método para medir el corte interfacial entre dos capas atómicas y descubrieron que esta cantidad está inversamente relacionada con la fricción, siguiendo una nueva ley.

Este trabajo, realizado en colaboración con el estudiante graduado de NYU Tandon, Francesco Lavini, y colegas de la Escuela Internacional de Estudios Avanzados, el Centro Internacional de Física Teórica en Trieste, Italia, así como la Universidad Charles de Praga, podría conducir a procesos de fabricación más eficientes, más ecológicos. vehículos y un mundo más sostenible en general.

«La interacción entre una sola capa atómica de un material y su sustrato gobierna sus propiedades electrónicas, mecánicas y químicas», explica Riedo, «por lo que es importante comprender mejor ese tema, tanto a nivel fundamental como tecnológico, para encontrar formas de reducir la pérdida de energía causada por la fricción».

Los investigadores estudiaron películas de grafeno epitaxial y grafito a granel cultivadas con diferentes órdenes de apilamiento y torsión, midiendo el módulo de corte transversal interfacial de difícil acceso de una capa atómica sobre un sustrato. Descubrieron que el módulo (una medida de la capacidad del material para resistir las deformaciones de corte y permanecer rígido) está controlado en gran medida por el orden de apilamiento y la interacción capa atómica-sustrato y demostraron su importancia para controlar y predecir la fricción por deslizamiento en materiales bidimensionales soportados. . Sus experimentos mostraron una relación recíproca general entre la fuerza de fricción por unidad de área de contacto y el módulo de corte interfacial para todas las estructuras de grafito que investigaron.

Su artículo de 2022, «Relación entre el corte interfacial y la fuerza de fricción en materiales 2D», se publicó en línea en Nature Nanotechnology y fue financiado por la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía de EE. UU. y la Oficina de Investigación del Ejército de EE. UU.

«Nuestros resultados también se pueden generalizar a otros materiales 2D», afirma Riedo, que dirige el laboratorio PicoForce de NYU Tandon. «Esto presenta una forma de controlar la fricción por deslizamiento atómico y otros fenómenos interfaciales, y tiene aplicaciones potenciales en dispositivos móviles miniaturizados, la industria del transporte y otros ámbitos».

«El trabajo de Elisa es un gran ejemplo del compromiso de NYU Tandon con un futuro más sostenible», dice la decana Jelena Kovačević, «y un testimonio de la investigación que se está realizando en nuestra Iniciativa de Ingeniería Sostenible recientemente lanzada, que se enfoca en abordar el cambio climático y la contaminación ambiental a través de un enfoque de cuatro puntas que llamamos AMRAd, para Evitación, Mitigación, Remediación y Adaptación».

 

Fuente: NYU Tandon School of Engineering