Graphène, une forme modifiée de carbone, offre un potentiel polyvalent pour une utilisation dans les composants de machines de revêtement et dans le domaine des commutateurs électroniques. Une équipe internationale de chercheurs dirigée par des physiciens de l'Université de Bâle étudie le pouvoir lubrifiant de ce matériau à l'échelle nanométrique. Comme il ne produit presque aucune friction, il pourrait réduire considérablement les pertes d'énergie dans les machines lorsqu'il est utilisé comme revêtement, comme le rapportent les chercheurs dans la revue Science .

Dans le futur, le graphène pourrait être utilisé comme un revêtement extrêmement mince, résultant en une perte d'énergie presque nulle entre les pièces mécaniques. Ceci est basé sur le pouvoir lubrifiant exceptionnellement élevé - ou dit super-lubrifiant - du carbone modifié sous forme de graphène. L'application de cette propriété aux dispositifs mécaniques et électromécaniques permettrait non seulement d'améliorer l'efficacité énergétique mais aussi d'allonger considérablement la durée de vie des équipements.

Découvrir les causes du comportement du lubrifiant

Une communauté internationale de physiciens de l'Université de Bâle et de l'Empa a étudié le pouvoir lubrifiant supérieur à la moyenne du graphène en utilisant une approche à deux volets combinant expérimentation et calcul. Pour faire ça, ils ont ancré des bandes bidimensionnelles d'atomes de carbone, appelées nanorubans de graphène, à une pointe acérée et les ont traînées sur une surface en or. Des calculs informatiques ont été utilisés pour étudier les interactions entre les surfaces lorsqu'elles se déplacent les unes sur les autres. En utilisant cette approche, l'équipe de recherche dirigée par le professeur Ernst Meyer à l'Université de Bâle espère comprendre les causes de la superlubrification; jusqu'à maintenant, peu de recherches ont été menées dans ce domaine.

En étudiant les rubans de graphène, les chercheurs espèrent en savoir plus que le simple comportement de glissement. Mesurer les propriétés mécaniques du matériau à base de carbone a également tout son sens car il offre un excellent potentiel pour toute une gamme d'applications dans le domaine des revêtements et des interrupteurs micromécaniques. Dans le futur, même les interrupteurs électroniques pourraient être remplacés par des interrupteurs nanomécaniques, qui utiliserait moins d'énergie pour allumer et éteindre que les transistors conventionnels.

Les expériences se sont révélées presque parfaites, mouvement sans friction. Il est possible de déplacer des rubans de graphène d'une longueur de 5 à 50 nanomètres en utilisant des forces extrêmement faibles (2 à 200 piconewtons). Il existe un degré élevé de cohérence entre les observations expérimentales et la simulation informatique.

Un écart entre le modèle et la réalité n'apparaît qu'à des distances plus importantes (cinq nanomètres ou plus) entre la pointe de mesure et la surface d'or. C'est probablement parce que les bords des nanorubans de graphène sont saturés d'hydrogène, ce qui n'a pas été pris en compte dans les simulations.

"Nos résultats nous aident à mieux comprendre la manipulation des produits chimiques au niveau nano et ouvrent la voie à la création de revêtements sans friction, " écrivent les chercheurs.