La temperatura afecta considerablemente las propiedades de fricción, ya que, a medida que aumenta, el coeficiente de fricción disminuye y la suavidad aumenta gradualmente. Además, el desgaste aumenta significativamente debido al calor acumulado por fricción, lo que daña aún más los electrodomésticos. Para prolongar la vida útil de los electrodomésticos, científicos de la Universidad de Leicester están comprendiendo la superlubricidad para la eficiencia energética. Descubrieron que al reducir la temperatura superficial se reduce la fricción al abordar los efectos de las vibraciones aleatorias en los átomos de la superficie.
Un equipo de científicos de la Universidad de Leicester ha estado investigando activamente formas de hacer que las superficies sean aún más resbaladizas. Se trata de un avance significativo en la comprensión de la superlubricidad, donde dos superficies presentan una fricción mínima o casi inexistente al deslizarse una contra la otra. El concepto de superlubricidad está vinculado a superficies muy lisas a nivel molecular, como el grafeno. Hasta ahora, solo se había observado en condiciones de laboratorio, donde estas superficies se crean a escalas muy pequeñas.
El profesor Nikolai Brilliantov, de la Universidad de Leicester, y un equipo internacional de científicos han descubierto que las vibraciones aleatorias de los átomos superficiales generan fluctuaciones sincrónicas en las superficies de los objetos, lo que produce fricción. Estas vibraciones persisten a cualquier temperatura superior al cero absoluto y su intensidad disminuye a medida que baja la temperatura. Esto implica que reducir la temperatura superficial puede disminuir eficazmente el impacto de la fricción.
El profesor Brilliantov, de la Escuela de Ciencias Informáticas y Matemáticas de Leicester, afirmó: «Esta drástica diferencia con la fricción común resulta intrigante y requiere explicación. La superlubricidad presenta otras características sorprendentes, como la inusual dependencia de la fuerza de fricción con respecto a la velocidad de deslizamiento, la temperatura y el área de contacto. Todas estas dependencias son opuestas a las predichas por las leyes tradicionales de Amontons-Coulomb. Explicar el enigmático comportamiento de la superlubricidad contribuirá a controlar la fricción ultrabaja, lo que puede abrir horizontes asombrosos para sus aplicaciones industriales».
Avances en la fricción
La superlubricidad es un fenómeno notable, muy diferente de la fricción tradicional. En este estado, la fricción puede ser menor y no se ve afectada por el peso del objeto. Esto significa que aumentar el peso de un objeto de gramos a decenas de kilogramos no altera la fuerza de fricción.
Las posibles aplicaciones de esta tecnología para reducir la fricción en máquinas y mecanismos son muy prometedoras. Puede reducir la fricción entre 1000 y 10 000 veces en comparación con los métodos convencionales. Es bien sabido que los objetos más pesados experimentan mayor resistencia al deslizamiento que los más ligeros, un principio conocido como la ley de fricción de Amontons-Coulomb , establecida hace más de 300 años.
Configuración experimental y mediciones
Para explorar los principios de la superlubricidad, los investigadores establecieron contacto entre dos superficies molecularmente lisas. Mediante microscopía de fuerza lateral, midieron la fuerza de fricción deslizando una punta sobre un sustrato. Ambas superficies estaban recubiertas con una capa de grafeno . Además, realizaron experimentos numéricos exhaustivos utilizando simulaciones de dinámica molecular para desarrollar un modelo realista del fenómeno. Es fundamental que las superficies sean inconmensurables. Esto garantiza que los picos de una superficie no coincidan con los valles de la otra.
Cuando las superficies tienen una temperatura distinta de cero, se produce fricción debido a las ondulaciones superficiales causadas por fluctuaciones térmicas. Los científicos han demostrado que la fricción se produce por la flexión sincronizada de dos superficies en estrecho contacto, lo que genera fluctuaciones térmicas. La temperatura de las superficies afecta directamente la amplitud de estas fluctuaciones sincrónicas; temperaturas más altas resultan en amplitudes mayores. El tamaño del área de contacto afecta las fluctuaciones superficiales e impide el movimiento.
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Posibilidades futuras
Tras comprender la superlubricidad para la eficiencia energética, el profesor Brilliantov añadió: «Hemos podido explicar el mecanismo atomístico de la enigmática independencia de la fuerza de fricción con respecto al peso de un cuerpo y hemos formulado nuevas leyes de fricción para la superlubricidad. Estas leyes, si bien contrastan marcadamente con las leyes de Amontons-Coulomb, describen este fenómeno con bastante precisión. Una vez que se produzcan capas moleculares de superficie lisa a escala de milímetros o centímetros, todos los contactos móviles, giratorios y oscilantes de máquinas y mecanismos estarán cubiertos por dichas capas superficiales. Esto reducirá drásticamente el consumo energético a nivel mundial. Para reducir aún más el consumo energético, los contactos más grandes posiblemente se mantendrán a bajas temperaturas».
