Le pouvoir lubrifiant mesure la réduction du frottement mécanique et de l'usure par un lubrifiant. Ce sont les principales causes de défaillance des composants et de perte d'énergie dans les systèmes mécaniques et électromécaniques. Par exemple, un tiers de l'énergie à base de carburant dans les véhicules est dépensé pour surmonter les frictions. Ainsi, la superlubrification - l'état de friction et d'usure ultra-faibles - est très prometteuse pour la réduction de l'usure par friction dans les dispositifs mécaniques et automatiques.

Une nouvelle étude conjointe de l'Université de Tel-Aviv et de l'Université de Tsinghua révèle qu'une superlubrification structurelle robuste peut être obtenue entre des matériaux en couches microscopiques sous des charges externes élevées et des conditions ambiantes. Les chercheurs ont découvert que les interfaces microscopiques entre le graphite et le nitrure de bore hexagonal présentent un frottement et une usure ultra-faibles. Il s'agit d'une étape importante pour les futures applications technologiques dans l'espace, automobile, industries électroniques et médicales.

La recherche est le produit d'une collaboration entre le professeur Oded Hod et le professeur Michael Urbakh de l'École de chimie de la TAU ; et les professeurs Ming Ma et Quanshui Zheng du département de génie mécanique de l'université Tsinghua et leurs collègues. Elle a été menée sous les auspices du Centre XIN collaboratif TAU-Tsinghua et a été publiée dans Matériaux naturels le 30 juillet.

Implications énormes pour l'ordinateur et d'autres appareils

La nouvelle interface a une surface de six ordres de grandeur plus grande que les mesures à l'échelle nanométrique antérieures et présente une superlubrification robuste dans toutes les orientations interfaciales et dans des conditions ambiantes.

"La superlubrification est un phénomène physique très intrigant, un état de frottement pratiquement nul ou ultra-faible entre deux surfaces en contact, " explique le professeur Hod. " Les implications pratiques de l'obtention d'une superlubrification robuste dans les dimensions macroscopiques sont énormes. Les économies d'énergie attendues et la prévention de l'usure sont énormes."

"Cette découverte peut conduire à une nouvelle génération de disques durs informatiques avec une densité plus élevée d'informations stockées et une vitesse de transfert d'informations améliorée, par exemple, " ajoute le professeur Urbakh. "Ceci peut également être utilisé dans une nouvelle génération de roulements à billes pour réduire le frottement de rotation et supporter les charges radiales et axiales. Leurs pertes d'énergie et leur usure seront nettement inférieures à celles des appareils existants."

La partie expérimentale de la recherche a été réalisée à l'aide de microscopes à force atomique à Tsinghua et les simulations informatiques entièrement atomistiques ont été réalisées à TAU. Les chercheurs ont également caractérisé le degré de cristallinité des surfaces graphitiques en effectuant des mesures de spectroscopie.

Collaboration étroite

L'étude est née d'une prédiction antérieure par des groupes théoriques et informatiques de TAU selon laquelle une superlubrification structurelle robuste pourrait être obtenue en formant des interfaces entre les matériaux graphène et nitrure de bore hexagonal. "Ces deux matériaux font actuellement l'actualité suite au prix Nobel de physique 2010, qui a été décerné pour des expériences révolutionnaires avec le graphène matériel bidimensionnel. La superlubrification est l'une de leurs applications pratiques les plus prometteuses, " dit le professeur Hod.

"Notre étude est une collaboration étroite entre les groupes théoriques et informatiques de TAU et le groupe expérimental de Tsinghua, " dit le professeur Urbakh. " Il y a une coopération synergique entre les groupes. La théorie et le calcul alimentent des expériences de laboratoire qui, à son tour, fournissent des réalisations importantes et des résultats précieux qui peuvent être rationalisés via les études informatiques pour affiner la théorie. »

Les groupes de recherche continuent de collaborer dans ce domaine en étudiant les fondamentaux de la superlubrification, ses applications étendues et son effet dans des interfaces toujours plus grandes.