En raison de leurs propriétés de faible frottement, les matériaux constitués de couches atomiques uniques présentent un grand intérêt pour les applications visant à réduire le frottement, telles que les disques durs ou les composants mobiles des satellites ou des télescopes spatiaux.
Un tel exemple est le graphène, qui se compose d’une seule couche d’atomes de carbone dans un arrangement en nid d’abeille et est à l’étude en vue d’une utilisation potentielle comme couche lubrifiante. En effet, des études antérieures ont montré qu’un ruban de graphène peut être déplacé sur une surface d’or avec presque aucun frottement.
Des résultats surprenants avec une surface rugueuse
Si le graphène est appliqué sur une surface en platine, il a un impact significatif sur les forces de frottement mesurables. Maintenant, des physiciens de l’Université de Bâle et de l’Université de Tel Aviv ont rapporté dans le journalNano-lettresque, dans ce cas, le frottement dépend de la vitesse à laquelle la pointe d’un microscope à force atomique est déplacée sur la surface.
Cette découverte est surprenante car le frottement ne dépend pas de la vitesse selon la loi de Coulomb, qui s’applique dans le monde macro.
En conjonction avec le substrat de platine, le graphène ne forme plus seulement le motif hexagonal en nid d’abeille d’atomes de carbone et forme à la place des superstructures appelées super-réseaux de Moiré. La surface n’est alors plus totalement plane et présente une certaine rugosité.
« Si nous déplaçons la pointe de l’AFM sur cette surface légèrement ondulée à basse vitesse, nous mesurons une force de frottement faible et presque constante », explique le professeur Ernst Meyer de l’Institut suisse des nanosciences et du Département de physique de l’Université de Bâle.
« Au-dessus d’un certain seuil, cependant, le frottement augmente alors avec la vitesse de la pointe de l’AFM », ajoute le premier auteur, le Dr Yiming Song. « Plus la superstructure Moiré est grande, plus le seuil auquel le frottement devient dépendant de la vitesse est bas. »
Les chercheurs ont constaté qu’il y a une plus grande résistance au niveau des crêtes des superstructures Moiré lors du mouvement de la pointe. Ces arêtes subissent une déformation élastique due à la pointe de poussée avant de se détendre à nouveau lorsque la pression est suffisamment élevée. Cet effet se traduit par des forces de frottement plus importantes qui augmentent avec la vitesse de la pointe. Des simulations et un modèle analytique confirment les résultats expérimentaux obtenus par cette équipe internationale de chercheurs.
Plus d’information:
Yiming Song et al, Dépendance à la vitesse du frottement moiré, Nano-lettres (2022). DOI : 10.1021/acs.nanolett.2c03667
Fourni par Swiss Nanoscience Institute, Université de Bâle