Новый двумерный материал поможет создать поверхности с крайне малым трением | STROKA.info

Новый двумерный материал поможет создать поверхности с крайне малым трением

Команда исследователей из Торонтского инженерного университета и Университета Райса сказала о чрезвычайно низком трении инновационного материала под названием «магнетен». Работа опубликована в журнале Science Advances.

Магнетен – это двумерный материал, состоящий из одного слоя атомов. В этом смысле он напоминает графен. Подобные материалы имеют возможность пригодиться в различных областях применения, включая небольшие имплантируемые гаджет.

Исследователи решили сравнить графен с другими известными двумерными материалами. В том числе, они использовали и магнетит – природный оксид железа, обычно существующий в виде трёхмерной решётке. При помощи высокочастотного звука исследователи отделили друг от друга слои материала, получив несколько двумерных листов магнетита. Затем они изучили полученные листы под сканирующим атомно-силовым микроскопом.


Схематичное изображение двумерной решётки магнетена

По словам Серлеса, атомные связи между слоями магнетена оказались более сильными по сравнению со связями между листами графена. Они не скользят друг по другу. Однако неожиданно оказалось, что кончик зонда микроскопа скользит по магнетену так же легко, как по графену.

По словам ведущего автора деятельности, кандидата наук Питера Серлеса, большинство двумерных материалов формируются в виде плоских листов. До сих пор учёные считали, что малое трение графена и остальных двумерных материалов обусловлено тем, что листы графена обязаны слабо связываться атомными силами между собой и, следовательно, легко скользить друг по другу, как новые игральные карты. Однако низкое трение магнетена говорит о том, что тут работает какой-то другой принцип.


Схема деятельности атомного микроскопа

Серлес говорит, что из-за законов квантовой физики при превращении трёхмерного материала в двумерный получается много необычного. В зависимости от угла среза материала листы имеют возможность получиться очень гладкими или очень шершавыми. Исчезает ограничение атомов по одной из осей, и они имеют возможность начать вибрировать по-новому. Меняется электронная структура. Всё вместе это влияет на трение.

Роль квантовых эффектов в уменьшении трения была подтверждена сравнением результатов эксперимента с теоретическими предсказаниями. Собранная уведомление может помочь учёным и инженерам в разработке материалов с пониженным трением. Подобные материалы можно расходовать как смазку в различных областях, в частности в имплантологии.

Например, можно представить небольшой насос, доставляющий определённое количество лекарства в определённую часть тела; гаджет, собирающее энергиею сокращений сердечной мышцы для питания датчика; микроскопический манипулятор, сортирующий клетки разного вида в чашке Петри.

По словам Тобина Филлетера, автора-корреспондента новой деятельности, у гаджетов с крохотными движущимися частями отношение площади поверхности к массе происходит крайне высоким. Следовательно, шанс застревания этих частей выше. Малое трение двумерных материалов является как раз следствием их малого масштаба. Подобные квантовые эффекты у более крупных трёхмерных материалов работать не будут.

Эти эффекты, зависящие от масштаба, вкупе с нетоксичностью и дешевизной оксида железа, делают магнетен привлекательным вариантом для создания механических имплантируемых гаджетов.

Однако, по словам Филлетера, необходимо дополнительное изучение этого эффекта с тем, чтобы лучше разобраться в его природе. К примеру, у таких двумерных материалов на основе железа, как гематен и хромитин, аналогичного поведения (и малого трения) не наблюдается.

Источник Хабр

Previous post В СБ рассказали о потребности карантинных полос вдоль границы РФ в некоторых регионах
Next post Огурец: эти полезные свойства снизят артериальное давление (Semana, Колумбия)