Ερευνητές του ΙΤΕ / ΙΕΧΜΗ στην Πάτρα με επικεφαλής τον καθηγητή του Τμήματος Χημικών Μηχανικών του Πανεπιστήμιου Πατρών Κωνσταντίνο Γαλιώτη δημοσίευσαν στο επιστημονικό περιοδικό υψηλής απήχησης Nature Communications επιστημονική μελέτη για το φαινόμενο της υπερ-ολισθηρότητας (σχεδόν μηδενική τριβή) μεταξύ δύο μονοατομικών στρώσεων του γραφενίου. Η ανακάλυψη αυτή εφαρμόζεται ήδη πιλοτικά σε ηλεκτρικούς διακόπτες και έχει περαιτέρω δυνατότητες εφαρμογής στην αεροδιαστημική και τις ανεμογεννήτριες.

Το σχετικό άρθρο (https://www.nature.com/articles/s41467-020-15446-y) έχει τίτλο:

“Tunable macroscale structural superlubricity in two-layer graphene via strain engineering”,

Nature Comms, 11: Article number: 1595 (2020)

by Charalambos Androulidakis, Emmanuel N. Koukaras, George Paterakis, George Trakakis & Costas Galiotis

Περίληψη

Υπερ-ολισθηρότητα (superlubricity) είναι η κατάσταση της ύλης όπου η τριβή μεταξύ δύο επιφανειών είναι εξαιρετικά μικρή. Ο γραφίτης, είναι ένα υλικό γνωστό για την ολισθηρότητά του, η οποία έχει την προέλευσή της στην πολυστρωματική δομή του. Πιο συγκεκριμένα αποτελείται από μονοστρωματικά γραφένια τα οποία συνδέονται μεταξύ τους με ασθενείς δεσμούς van der Waals. Τα γραφένια που αποτελούν το γραφίτη έχουν την ίδια περιοδικότητα στο πλέγμα τους και αυτό οδηγεί σε ισομετρική σύνδεση (commensurate stacking ή Bernal stacking). Όταν οι κάθετες διαστάσεις του γραφίτη ξεπερνούν κάποια μικρόμετρα (~10 μm), λόγω των μεγάλων περιοχών με ισομετρική σύνδεση δημιουργείται αποτελεσματική μηχανική σύνδεση μεταξύ των μονο-στρωματικών γραφενίων και η ολισθηρότητα εξαλείφεται. Αυτό είναι ένα εμπόδιο το οποίο δυσχεραίνει την εφαρμογή του γραφίτη για μείωση της τριβής σε πρακτικές εφαρμογές. Στην πρόσφατη εργασία μας στο Nature Communications (https://www.nature.com/articles/s41467-020-15446-y) αντί για ένα δείγμα γραφίτη, μελετήθηκε ένα σύστημα δύο τυχαίων στρώσεων μονοατομικού γραφενίου με διαστάσεις κάποιων χιλιοστών υπό την επιβολή μηχανικής παραμόρφωσης. Τα μεγέθη της παραμόρφωσης μετρήθηκαν με τη χρήση φασματοσκοπίας Raman, η οποία έδειξε ότι υπάρχει ολίσθηση- πρακτικά μηδενικής τριβής- μεταξύ των δύο στρώσεων. Τα αποτελέσματα της εργασίας βρίσκουν ήδη πρακτική εφαρμογή στη ξηρή ολισθηρότητα μηχανικών οδηγών εξαρτημάτων και ηλεκτρικούς διακόπτες και υπάρχει δυνατότητα εφαρμογής σε ηλεκτρομηχανικά συστήματα (MEMS/NEMS), αεροδιαστημικές ενεργειακές εφαρμογές και ανεμογεννήτριες