Včasih eksperimentalni rezultati sprožijo ogromno radovednosti, ki navdihuje nešteto vprašanj in idej za nadaljnje eksperimentiranje. Leta 2004 sta Geim in Novoselov z Univerze v Manchestru izolirala en sloj grafena iz razsutega grafita z metodo "Scotch Tape Method", za katero sta bila leta 2010 nagrajena z Nobelovo nagrado za fiziko. Ta eksperimentalni rezultat se je neštetokrat razvejal in služil kot vir navdiha na toliko različnih področjih. Zdaj smo sredi vrste razvejanosti raziskav grafena, ena izmed tistih vej, ki pridobivajo pozornost, pa je izjemno majhno trenje med grafenom in drugimi površinskimi materiali.
V zadnjih 15 letih smo se o grafenu veliko naučili z ogromno raziskav, ki so bile večinoma na ne-mehanskih področjih (npr. Meritve prenosa elektronov, toplotna prevodnost, psevdo magnetna polja v inženirstvu sevov). Vendar pa je superlubričnost, mehanski pojav, v središču pozornosti mnogih raziskovalnih skupin. Mehanske meritve so pokazale, da je natezna trdnost grafena večkrat večja od trdnosti najmočnejšega jekla, kar ga nesporno uvršča na seznam gradbenih materialov, ki so najboljši za obleko superheroja. Supermazljivost je tribološka lastnost grafena in je nedvomno enako impresivna kot natezna trdnost grafena.
Tribologija je preučevanje interakcijskih površin med relativnim gibanjem, vključno z viri trenja in metodami za njegovo zmanjšanje. Ni nedavnega odkritja, da lahko premazovanje površine z grafitom (veliko plasti grafena) zmanjša trenje med dvema drsnima površinama. Trenutne raziskave preučujejo natančne mehanizme in površine, za katere je treba zmanjšati trenje z eno ali več plastmi grafena.
Raziskave objavljene v Nature Materials v 2018 meri trenje med površinami s konstantno obremenitvijo in hitrostjo. Poskus vključuje dve skupini; enega sestavljata dve grafenski površini (homogeni spoj), drugega pa grafen in heksagonalni borov nitrid (heterogeni spoj). Raziskovalna skupina meri trenje z uporabo mikroskopije z atomsko silo (AFM). Šestkotni borov nitrid (ali grafen za homogeni spoj) je pritrjen na stopnjo AFM, medtem ko grafen drsi po vrhu. Obremenitve so konstantne pri 20 𝜇N, konstanta drsne hitrosti pa pri 200 nm / s. Pri homogenih križiščih je opaziti izredno majhno trenje, kadar so osnovne kristalne rešetkaste strukture površin pod sorazmernim kotom 30 stopinj. Vendar pa je to stanje ultra nizkega trenja zelo nestabilno in se pri drsenju površine vrtijo proti zaklenjeni rešetki. Trenje se spreminja glede na relativni kot med kristalnimi mrežnimi strukturami obeh površin. Najmanjše (ultra nizko) trenje se pojavi pri relativnem kotu 30 stopinj, ki doseže maksimum, ko se ob drsenju izvede zaklenjena poravnava rešetke. Medtem ko je v stanju mrežaste poravnave, je striženje onemogočeno s poskusno nastavitvijo zaradi sorazmerno velikega trenja.
Trenje se spreminja glede na relativni kot kovinskih struktur rešetke in je zato anizotropno. Na primer, dejstvo, da je za rezanje lesa vzporedno z zrni vzorec sekire potrebno manj sile, kot pri pravokotnem ponazoritvi kaže na anizotropnost lesa, saj je sila na cepljenje lesa odvisna od smeri, po kateri deluje sila . Frizna anizotropija je večja pri homogenih križiščih, ker je težnja po orientaciji v zataknjeno, maksimalno poravnavo trenja večja kot pri heterojukcijah. Dejansko imajo heterogeni križi treno anizotropijo tri zaporedja velikosti manj kot homogeni križišča. Heterogeni stiki kažejo veliko manj frikcijske anizotropije zaradi neusklajenosti mrež, ko je kot med mrežnimi vektorji najmanjši. Z drugimi besedami, strukturi grafenske in hBN kristalne rešetke nikoli nista vzporedni, ker se materiali razlikujejo, zato nikoli ne občutijo vpliva poravnave rešetke kot homogeni stiki. Tako se heterogeni stiki ne zataknejo v stanju visokega trenja, ki je značilno za homogene, in med drsenjem pri vseh relativnih kotih struktur kristalne rešetke doživljajo ultra majhno trenje.
Verjetno bo za povečanje uporabnosti potrebno povečanje veliko večje obremenitve. Stroškovno učinkovita metoda velikega obsega za dramatično zmanjšanje trenja bi nedvomno močno vplivala na veliko panog. Stroškovna učinkovitost je ključna sestavina za uresničitev potencialnega vpliva grafena, ne samo, ker se nanaša na supermazljivost, temveč na vseh področjih uporabe. Ko se povečuje dostop do velikih količin cenovno dostopnega grafena, se bodo tudi eksperimenti v izdelavi naprav, ki izkoriščajo izredne značilnosti, postavljale grafene in materiale na osnovi grafena v ospredje raziskav materialov v zadnjih nekaj desetletjih.
Vir: https://quantumfrontiers.com/2020/03/24/achieving-superlubricity-with-graphene/
