A temperatura afeta muito as propriedades de atrito porque, à medida que aumenta, o coeficiente de atrito diminui e a suavidade aumenta gradualmente. Além disso, as taxas de desgaste aumentam significativamente devido ao calor de atrito cumulativo, danificando ainda mais os aparelhos. Para melhorar a vida útil dos aparelhos, cientistas da Universidade de Leicester estão entendendo a superlubricidade para eficiência energética. Eles descobriram que diminuir a temperatura da superfície reduz o atrito ao lidar com os efeitos de vibrações aleatórias nos átomos da superfície.
Uma equipe de cientistas da Universidade de Leicester tem pesquisado ativamente maneiras de tornar as superfícies ainda mais escorregadias. Trata-se de um avanço na compreensão da superlubrificação, condição em que duas superfícies exibem atrito mínimo ou quase inexistente ao deslizarem uma contra a outra. O conceito de superlubrificação está ligado a superfícies extremamente lisas em nível molecular, como o grafeno. Até então, esse fenômeno só havia sido observado em condições de laboratório, onde essas superfícies são criadas em escalas muito pequenas.
O professor Nikolai Brilliantov, da Universidade de Leicester, e uma equipe internacional de cientistas descobriram que vibrações aleatórias de átomos na superfície criam flutuações síncronas nas superfícies dos objetos, levando ao atrito. As vibrações persistem em todas as temperaturas acima do zero absoluto e sua intensidade diminui à medida que a temperatura cai. Isso implica que reduzir a temperatura da superfície pode efetivamente reduzir o impacto do atrito.
O professor Brilliantov, da Escola de Computação e Ciências Matemáticas de Leicester, afirmou: “Uma diferença tão drástica em relação ao atrito comum é intrigante e precisa de explicação. Existem outras características surpreendentes da superlubrificação, como a dependência incomum da força de atrito em relação à velocidade de deslizamento, à temperatura e à área de contato. Todas essas dependências são opostas às previstas pelas leis tradicionais de Amontons-Coulomb. Explicar o comportamento enigmático da superlubrificação ajudará a controlar o atrito ultrabaixo, o que pode abrir horizontes impressionantes para suas aplicações industriais.”
Avanços em Atrito
A superlubricidade é um fenômeno notável que é muito diferente do atrito tradicional. Nesse estado, o atrito pode ser menor e não é influenciado pelo peso de um objeto. Isso significa que aumentar o peso de um objeto de gramas para dezenas de quilogramas não mudará o nível da força de atrito.
As aplicações potenciais dessa tecnologia para reduzir o atrito em máquinas e mecanismos são muito promissoras. Ela pode reduzir o atrito em até 1000 a 10,000 vezes em comparação com os métodos convencionais. É um fato bem conhecido que objetos mais pesados oferecem maior resistência ao deslizamento em comparação com objetos mais leves, um princípio conhecido como lei de atrito de Amontons-Coulomb , que foi estabelecido há mais de 300 anos.
Configuração e medições experimentais
Para explorar os princípios da superlubrificação, pesquisadores estabeleceram contato entre duas superfícies molecularmente lisas. Usando microscopia de força lateral, eles mediram a força de atrito deslizando uma ponta sobre um substrato. Ambas as superfícies foram revestidas com uma camada de grafeno . Além disso, realizaram experimentos numéricos abrangentes usando simulações de dinâmica molecular para desenvolver um modelo realista do fenômeno. É essencial que as superfícies permaneçam incomensuráveis. Isso garantirá que os picos de uma superfície não se alinhem com os vales da outra.
Quando as superfícies têm uma temperatura diferente de zero, o atrito ocorre devido a ondulações de superfície causadas por flutuações térmicas. Cientistas mostraram que o atrito é causado pela flexão sincronizada de duas superfícies em contato próximo, criando flutuações térmicas. A temperatura das superfícies afeta diretamente a amplitude dessas flutuações sincrônicas, com temperaturas mais altas resultando em amplitudes maiores. O tamanho da área de contato afeta as flutuações da superfície e impede o movimento.
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Possibilidades futuras
Após entender a superlubricidade para eficiência energética, o Professor Brilliantov acrescentou: “Conseguimos explicar o mecanismo atomístico da enigmática independência da força de atrito no peso de um corpo e formulamos novas leis de atrito para a superlubricidade. Essas leis, embora estejam em nítido contraste com as leis de Amontons-Coulomb, descrevem esse fenômeno muito bem. Uma vez que camadas de superfície lisa molecular sejam produzidas na escala de milímetros ou centímetros, todos os contatos móveis, rotativos e oscilantes em máquinas e mecanismos serão cobertos com tais camadas de superfície. Isso diminuirá drasticamente o consumo de energia em todo o mundo. Para diminuir ainda mais o consumo de energia, os maiores contatos serão possivelmente mantidos em baixas temperaturas.”
