Terkadang, hasil eksperimen memicu rasa ingin tahu yang sangat besar yang menginspirasi banyak sekali pertanyaan dan ide untuk eksperimen lebih lanjut. Pada tahun 2004, Geim dan Novoselov, dari The University of Manchester, mengisolasi satu lapisan graphene dari grafit massal dengan "Metode Pita Scotch" di mana mereka dianugerahi Hadiah Nobel Fisika 2010. Hasil eksperimental yang satu ini telah bercabang berkali-kali dan berfungsi sebagai sumber inspirasi di berbagai bidang. Kami sekarang berada di tengah-tengah serangkaian percabangan dalam penelitian graphene, dan salah satu cabang yang mendapatkan perhatian adalah gesekan sangat rendah yang diamati antara graphene dan bahan permukaan lainnya.
Banyak yang telah dipelajari tentang graphene dalam 15 tahun terakhir melalui sejumlah besar penelitian, sebagian besar, di bidang non-mekanis (misalnya, pengukuran transpor elektron, konduktivitas termal, medan magnet semu dalam rekayasa regangan). Namun, superlubricity, fenomena mekanis, telah menjadi fokus di antara banyak kelompok penelitian. Pengukuran mekanis terkenal telah menunjukkan kekuatan tarik graphene menjadi ratusan kali lipat dari baja terkuat, tidak dapat disangkal menempatkannya di atas daftar bahan konstruksi terbaik untuk setelan pahlawan super. Superlubricity adalah properti tribologis graphene dan, bisa dibilang, sama mengesankannya dengan kekuatan tarik graphene.
Tribology adalah studi tentang permukaan yang berinteraksi selama gerakan relatif termasuk sumber gesekan dan metode reduksi. Bukan penemuan baru-baru ini bahwa melapisi permukaan dengan grafit (banyak lapisan graphene) dapat menurunkan gesekan antara dua permukaan geser. Penelitian saat ini mempelajari mekanisme dan permukaan yang tepat untuk meminimalkan gesekan dengan satu atau beberapa lapisan graphene.
Penelitian dipublikasikan di Bahan Alam di 2018 mengukur gesekan antara permukaan di bawah beban dan kecepatan konstan. Eksperimen ini mencakup dua kelompok; satu terdiri dari dua permukaan graphene (persimpangan homogen), dan yang lainnya terdiri dari graphene dan boron nitrida heksagonal (persimpangan heterogen). Kelompok penelitian mengukur gesekan menggunakan Atomic Force Microscopy (AFM). Boron nitrida heksagonal (atau graphene untuk sambungan homogen) ditetapkan ke tahap AFM sementara graphene meluncur di atas. Beban dijaga konstan pada 20 𝜇N dan kecepatan geser konstan pada 200 nm / s. Gesekan ultra rendah diamati untuk sambungan homogen ketika struktur kisi kristal yang mendasari permukaan berada pada sudut relatif 30 derajat. Namun, keadaan gesekan ultra rendah ini sangat tidak stabil dan saat digeser, permukaan berputar menuju kesejajaran kisi yang terkunci. Gesekan bervariasi sehubungan dengan sudut relatif antara struktur kisi kristal dua permukaan. Gesekan minimum (sangat rendah) terjadi pada sudut relatif 30 derajat yang mencapai maksimum saat kesejajaran kisi yang terkunci direalisasikan saat meluncur. Saat dalam keadaan sejajar kisi, pemotongan tidak mungkin dilakukan dengan pengaturan eksperimental karena jumlah gesekan yang relatif besar.
Gesekan bervariasi sehubungan dengan sudut relatif dari struktur kisi kristal dan, oleh karena itu, bersifat anisotropik. Misalnya, fakta bahwa dibutuhkan lebih sedikit gaya untuk membelah kayu saat bilah kapak diterapkan sejajar dengan butirannya daripada saat diterapkan secara tegak lurus menggambarkan sifat anisotropik kayu, karena gaya untuk membelah kayu bergantung pada arah penerapan gaya. . Anisotropi gesekan lebih besar pada persimpangan homogen karena kecenderungan untuk berorientasi pada perataan gesekan maksimum yang macet, lebih besar daripada dengan hetero. Faktanya, persimpangan heterogen mengalami anisotropi gesekan tiga kali lipat lebih kecil dari persimpangan homogen. Persimpangan heterogen menampilkan anisotropi gesekan yang jauh lebih sedikit karena ketidaksejajaran kisi ketika sudut antara vektor kisi minimal. Dengan kata lain struktur kisi kristal graphene dan hBN tidak pernah sejajar karena bahannya berbeda, oleh karena itu tidak pernah mengalami dampak penyelarasan kisi seperti halnya sambungan homogen. Oleh karena itu, persimpangan heterogen tidak terjebak dalam keadaan gesekan tinggi yang mencirikan yang homogen, dan mengalami gesekan sangat rendah selama gesekan pada semua sudut struktur kisi kristal relatif.
Agaknya, untuk meningkatkan penerapan, peningkatan ke beban yang jauh lebih besar akan diperlukan. Metode hemat biaya skala besar untuk mengurangi gesekan secara dramatis pasti akan berdampak besar pada sejumlah besar industri. Efisiensi biaya adalah komponen kunci untuk merealisasikan dampak potensial graphene, tidak hanya karena berlaku untuk superlubricity, tetapi di semua bidang aplikasi. Karena akses ke sejumlah besar graphene yang terjangkau meningkat, begitu pula eksperimen dalam perangkat fabrikasi yang memanfaatkan karakteristik luar biasa yang telah menempatkan bahan berbasis graphene dan graphene di garis depan penelitian material selama beberapa dekade terakhir.
Sumber: https://quantumfrontiers.com/2020/03/24/achieving-superlubricity-with-graphene/
