Le frottement sur une surface de graphène peut être réglé dynamiquement à l'aide de champs électriques externes, selon des chercheurs de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign dirigés par le professeur Rosa Espinosa-Marzal du Département de génie civil et environnemental. Le travail est détaillé dans l'article « Dynamically tuning friction at the graphene interface using the field effect », publié le 19 septembre 2023 dans la revue Nature Communications. .

La friction joue un rôle clé dans les systèmes naturels et artificiels, dictant le comportement des contacts glissants, affectant l'usure des matériaux et influençant l'écoulement des fluides sur les surfaces, entre autres effets. La friction peut être contrôlée passivement grâce à la sélection de composants de conception, par exemple le matériau et la rugosité.

Une tendance plus récente, cependant, consiste à étudier des systèmes dont la réponse de friction peut être ajustée dynamiquement in situ, en particulier à mesure que les dispositifs à l'échelle micro et nanométrique deviennent plus courants. L'une des voies les plus prometteuses pour parvenir au contrôle du frottement consiste à utiliser des champs électriques externes qui peuvent moduler les propriétés des lubrifiants et des surfaces des matériaux ainsi que les interactions entre eux.

"De nouvelles approches de conception de surfaces en interaction sont nécessaires pour dépasser l'état de l'art", écrivent les chercheurs, "et les matériaux 2D constituent un nouveau et excellent choix basé sur leur haute résistance mécanique et leur stabilité chimique et thermique." P>

Le graphène est la forme 2D du carbone et est parfois salué comme un « matériau miracle » en raison de ses propriétés uniques et exceptionnelles. Les surfaces recouvertes de films de graphène présentent généralement un frottement très faible, mais les nouveaux résultats démontrent que le frottement sur les surfaces recouvertes de graphène peut être « activé » en exposant la surface à un champ électrique dans des conditions appropriées. Le système peut ensuite être contrôlé dans cet état de friction plus élevée avant de revenir à un état de friction plus faible, le tout sans appliquer de grandes polarisations électriques entre les surfaces en contact.

"Le travail aura un impact sur la réduction de la consommation d'énergie dans les systèmes nano- et micro-électromécaniques, en plus de permettre un contrôle dynamique du frottement tout en atténuant l'usure et la corrosion accrues des surfaces de glissement lorsqu'une polarisation directe est appliquée", a déclaré Espinosa-Marzal. /P>

Plus d'informations : Gus Greenwood et al, Ajustement dynamique de la friction à l'interface du graphène à l'aide de l'effet de champ, Nature Communications (2023). DOI : 10.1038/s41467-023-41375-7

Informations sur le journal : Communications naturelles

Fourni par le Grainger College of Engineering de l'Université de l'Illinois