Um grupo de investigadores da Universidade de Tsinghua, na China, descobriu uma forma inovadora de reduzir o atrito e o desgaste entre superfícies usando corrente eléctrica alternada, como a que alimenta os electrodomésticos.
A equipa descobriu que a aplicação de corrente alternada em frequências específicas reduz a força de atrito entre a ponta metálica de um microscópio electrónico de varrimento e um material bidimensional em aproximadamente 75%.
Segundo o site Inovação Tecnológica, ainda são necessários mais estudos para utilizar esta técnica em motores de automóveis ou máquinas industriais, mas ela já está prontamente disponível para tecnologias em micro e nanoescala, incluindo robôs e equipamentos miniaturizados, como sistemas microelectromecânicos (MEMS) e sistemas nanoelectromecânicos (NEMS).
“Este mecanismo de redução de atrito activado electricamente é aplicável a várias interfaces de materiais 2D condutores, fornecendo uma estrutura teórica para compreender e prever as contribuições electrónicas para a modulação do atrito. Pode oferecer uma nova solução para um dos principais desafios que têm impedido a aplicação prática de MEMS/NEMS há décadas: o desgaste severo sob alta carga mecânica”, disse o professor Tian-Bao Ma, coordenador da equipa.
“Este trabalho propõe um método viável e robusto para reduzir o atrito e o desgaste em dispositivos nanomecânicos e avança na compreensão e previsão da contribuição electrónica para o ajuste do atrito”, concluiu a equipa.
Ao contrário da redução do atrito induzida pela vibração mecânica, a frequência ideal da corrente alternada para minimizar o atrito não corresponde à frequência de ressonância do sistema, mas sim à frequência das ondulações da superfície. Além disso, a força electrostática gerada pela corrente alternada, da ordem de um nanonewton (nN), é substancialmente menor do que a carga normal aplicada (aproximadamente 840 nN), sugerindo um mecanismo fundamental distinto para a redução do atrito.
Os cálculos dos primeiros princípios realizados pela equipa indicam que o mecanismo-chave para a lubrificação eléctrica é a redistribuição dinâmica da densidade de eléctrons induzida pela corrente alternada. Isto é fundamentalmente diferente dos métodos de vibração mecânica ou activação térmica.
O baixo nível de atrito induzido electricamente foi mantido por quase 20 horas (70 mil segundos) sob uma pressão de contacto de 9,1 GPa (gigapascais) e uma densidade de corrente de 100 GA/m2 (gigaamperes por metro quadrado), sem desgaste observável.
Os investigadores confirmaram os resultados em diferentes interfaces metálicas, incluindo grafeno depositado num substrato de níquel, irídio depositado em grafeno e cobre, e irídio e ouro depositados em nitreto de boro hexagonal (h-BN).
“Este trabalho propõe um método viável e robusto para reduzir o atrito e o desgaste em dispositivos nanomecânicos e avança na compreensão e previsão da contribuição electrónica para o ajuste do atrito”, concluiu a equipa.
