(Phys.org) -- Dans le phénomène de superlubrification, deux surfaces solides peuvent glisser l'une sur l'autre sans presque aucun frottement. L'effet se produit lorsque les surfaces solides ont des structures cristallines et que leurs réseaux sont tournés de manière à annuler la force de frottement. Un peu comme empiler deux cartons d'œufs, si les réseaux sont alignés, ils se bloquent l'un dans l'autre et il est difficile de glisser l'un sur l'autre. Mais tournez un peu une boîte d'œufs, et il ne se verrouille plus de cette façon.

Les scientifiques ont observé pour la première fois la superlubrification du graphite en 2004, et jusqu'à présent, toutes les preuves expérimentales de la superlubrification ont été obtenues à l'échelle nanométrique et dans des conditions de vide. Des recherches antérieures ont même prédit que la superlubrification se décompose à plus grande échelle. Mais maintenant, dans une nouvelle étude, les scientifiques ont démontré que la superlubrification du graphite peut se produire sur des zones microscopiques et dans des conditions ambiantes, ce qui pourrait ouvrir la voie à des applications pratiques dans les systèmes micromécaniques.

Les chercheurs, dirigé par Quanshui Zheng de l'Université Tsinghua de Pékin et de l'Université de Nanchang à Nanchang, Chine, et Jefferson Zhe Liu de l'Université Monash à Clayton, Australie, ont publié leur article sur la superlubrification microscopique du graphite dans un récent numéro de Lettres d'examen physique .

« Nous fournissons des preuves de superlubrification à une échelle beaucoup plus grande qu'auparavant - micro plutôt que nano - et l'effet persiste même dans des conditions ambiantes, " a déclaré Zheng Phys.org . « Nous n'étions pas au courant des travaux antérieurs prédisant la dégradation de l'effet au moment où les premières mesures ont été effectuées - c'était peut-être une chance, car cela ne nous a pas dissuadés d'essayer !

Le moyen le plus simple d'observer la superlubrification est lorsque deux surfaces solides glissent l'une sur l'autre. Dans l'étude actuelle, les chercheurs ont développé une nouvelle façon de sonder la superlubrification en utilisant une micropointe en tungstène pour cisailler les flocons de plaques de graphite, ou "mesas". certains éclats reviennent spontanément à leur position initiale sur les mesas, et ce processus de cisaillement et d'auto-rétraction peut être répété encore et encore.

Les scientifiques ont expliqué que l'auto-rétraction résulte d'un frottement ultra-faible qui se produit entre les surfaces des flocons et de la mesa lorsqu'elles sont orientées de manière tordue, ou incommensurable, manière.

Bien que les éclats auto-rétractables aient repris leurs mêmes positions et orientations qu'avant le cisaillement, les chercheurs pourraient délibérément faire pivoter les flocons cisaillés avant de les relâcher afin de créer une orientation proportionnelle résultant en des états verrouillés, sous lequel les flocons ne présentaient pas d'auto-rétraction. Ces états verrouillés se produisent à certaines orientations spécifiques présentant une symétrie d'ordre 6, mais l'auto-rétraction se produisait encore lorsque les mesas étaient cisaillés dans toutes les autres directions.

Lors de l'enquête sur les flocons qui ne se sont pas rétractés, les chercheurs ont trouvé des variations abruptes dans la couleur des flocons cisaillés, tandis que la couleur des flocons auto-rétractables était uniforme. Ils pensent que la variation de couleur se produit en raison d'interférences optiques résultant des variations d'épaisseur dans les mesas de graphite. Les mesas plus grandes ont des variations d'épaisseur plus importantes, ainsi qu'une plus faible probabilité de présenter une auto-rétraction.

En tant que première preuve de superlubrification reproductible à l'échelle du micron, et même dans des conditions ambiantes, les résultats pourraient s'avérer plus utiles pour les applications que la superlubrification à l'échelle nanométrique. A l'échelle nanométrique, atteindre la superlubrification nécessite des réglages et une préparation d'échantillons complexes, et l'effet peut être facilement supprimé par divers mécanismes qui provoquent une torsion et un verrouillage. La nouvelle façon de produire de la superlubrification à l'échelle microscopique surmonte bon nombre de ces obstacles, et pourrait être utilisé pour limiter les frottements et l'usure dans les systèmes micromécaniques.

« Il existe de nombreux dispositifs micromécaniques – par exemple des capteurs de mouvement, générateurs de radiofréquences, gyroscopes - où le mouvement relatif de deux parties est important, ", a déclaré Liu. "La superlubrification ouvre une nouvelle voie pour créer de tels dispositifs."

Les chercheurs prévoient d'explorer davantage l'étendue de la superlubrification à l'avenir.

« Nous travaillons déjà sur plusieurs fronts :étudier plus en détail le mouvement superlubrifiant, d'explorer les extensions de ceci à des échelles plus grandes et plus petites, et d'étudier la robustesse à long terme de l'effet dans différentes conditions physiques, », a déclaré le co-auteur François Gray de l'Université Tsinghua.

Copyright 2012 Phys.org
Tous les droits sont réservés. Ce matériel ne peut pas être publié, diffuser, réécrit ou redistribué en tout ou en partie sans l'autorisation écrite expresse de PhysOrg.com.