(PhysOrg.com) -- Semblable à la façon dont la chaussée, adouci par un soleil brûlant, ralentira une voiture, le graphène, une feuille de carbone d'une épaisseur d'un atome aux propriétés merveilleuses, ralentit le glissement d'un objet sur sa surface. Mais empilez les feuilles et le graphène devient plus glissant, disent les théoriciens du National Institute of Standards and Technology, qui a développé un nouveau logiciel pour quantifier le frottement du matériau.

"Je ne pense pas que quiconque s'attende à ce que le graphène se comporte comme la surface d'un matériau tridimensionnel, mais notre simulation pour la première fois explique les différences à l'échelle atomique, " déclare Alex Smolyanitsky, chercheur postdoctoral au NIST, qui a écrit le programme de modélisation et co-écrit un nouvel article sur l'étude. "Si les gens veulent utiliser le graphène comme lubrifiant à l'état solide ou même comme partie d'électrodes flexibles, c'est un travail important."

Avec la capacité d'être plié, roulé ou empilé, le graphène est super-fort et possède des propriétés électroniques et optiques inhabituelles. Le matériau pourrait être utilisé dans des applications allant des circuits électroniques aux cellules solaires en passant par le "graissage" des pièces mobiles dans les dispositifs nanométriques.

Le frottement est la force qui résiste au glissement de deux surfaces l'une contre l'autre. L'étude du frottement à l'échelle atomique est un défi, surmontable ces dernières années seulement. Le logiciel du NIST simule la microscopie à force atomique (AFM) en utilisant une technique de dynamique moléculaire. Le programme a été utilisé pour mesurer ce qui se passe lorsqu'une pointe AFM simulée se déplace sur une pile de une à quatre feuilles de graphène (voir image) à différentes vitesses de numérisation.

Les chercheurs ont découvert que le graphène dévie sous et autour de la pointe de l'AFM. Le localisé, le gauchissement temporaire crée un frottement ou une résistance de roulement, la force qui exerce une traînée sur un objet circulaire roulant le long d'une surface. Smolyanitsky compare l'effet au soleil qui fond et adoucit la chaussée dans l'état où il a obtenu son doctorat, Arizona, ce qui fait que les pneus de voiture s'enfoncent légèrement et ralentissent. Les résultats du NIST sont cohérents avec ceux d'expériences récentes sur le graphène par d'autres groupes de recherche, mais fournissent de nouvelles données quantitatives.

Plus important encore, l'étude du NIST montre pourquoi la friction diminue avec chaque feuille de graphène ajoutée à la pile (un balayage rapide a également un effet sur la friction). Avec moins de couches, la couche supérieure dévie davantage, et le frottement par unité de force de contact AFM augmente. La surface supérieure de la pile devient moins souple et plus glissante à mesure que des couches de graphène sont ajoutées. Par contre, le frottement d'un matériau de type graphite tridimensionnel n'est pratiquement pas affecté par la déformation et le frottement de roulement, et est plutôt dû à la chaleur créée par la pointe mobile.