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A professora de Engenharia Química e Biomolecular Elisa Riedo e sua equipe descobriram uma lei de atrito fundamental que está levando a uma compreensão mais profunda da dissipação de energia no atrito e no projeto de materiais bidimensionais capazes de minimizar a perda de energia.
O atrito é um fenômeno cotidiano; ele permite que os motoristas parem seus carros quebrando e os dançarinos executem movimentos complicados em várias superfícies do piso. No entanto, também pode ser um efeito indesejado que leva ao desperdício de grandes quantidades de energia em processos industriais, no setor de transporte e em outros lugares. Tribologistas – aqueles que estudam a ciência de superfícies interativas em movimento relativo – estimaram que um quarto das perdas globais de energia se devem ao atrito e ao desgaste.
Embora o atrito seja extremamente difundido e relevante na tecnologia, as leis fundamentais do atrito ainda são obscuras, e só recentemente os cientistas conseguiram usar os avanços da nanotecnologia para entender, por exemplo, a origem microscópica da lei de da Vinci, que afirma que as forças de atrito são proporcionais à carga aplicada.
Agora, Riedo e seu pesquisador de pós-doutorado na NYU Tandon, Martin Rejhon, encontraram um novo método para medir o cisalhamento interfacial entre duas camadas atômicas e descobriram que essa quantidade está inversamente relacionada ao atrito, seguindo uma nova lei.
Este trabalho – realizado em colaboração com o estudante de pós-graduação da NYU Tandon Francesco Lavini e colegas da Escola Internacional de Estudos Avançados, do Centro Internacional de Física Teórica em Trieste Itália, bem como da Universidade Charles de Praga – poderia levar a processos de fabricação mais eficientes, mais verdes veículos e um mundo geralmente mais sustentável.
“A interação entre uma única camada atômica de um material e seu substrato governa suas propriedades eletrônicas, mecânicas e químicas”, explica Riedo, “então, obter informações sobre esse tópico é importante, tanto no nível fundamental quanto no tecnológico, para encontrar maneiras de reduzir a perda de energia causada pelo atrito.”
Os pesquisadores estudaram grafite em massa e filmes de grafeno epitaxial cultivados com diferentes ordens de empilhamento e torção, medindo o módulo de cisalhamento transversal interfacial de difícil acesso de uma camada atômica em um substrato. Eles descobriram que o módulo (uma medida da capacidade do material de resistir a deformações de cisalhamento e permanecer rígido) é amplamente controlado pela ordem de empilhamento e pela interação atômica camada-substrato e demonstrou sua importância no controle e previsão do atrito de deslizamento em materiais bidimensionais suportados. . Seus experimentos mostraram uma relação recíproca geral entre a força de atrito por unidade de área de contato e o módulo de cisalhamento interfacial para todas as estruturas de grafite que investigaram.
Seu artigo de 2022, “Relação entre cisalhamento interfacial e força de atrito em materiais 2D” foi publicado online em Natureza Nanotecnologia e foi financiado pelo Departamento de Energia dos EUA Escritório de Ciência e pelo Escritório de Pesquisa do Exército dos EUA.
“Nossos resultados também podem ser generalizados para outros materiais 2D”, afirma Riedo, que dirige o PicoForce Lab da NYU Tandon. “Isso apresenta uma maneira de controlar o atrito atômico de deslizamento e outros fenômenos interfaciais e tem aplicações potenciais em dispositivos móveis miniaturizados, na indústria de transporte e em outros domínios”.
“O trabalho de Elisa é um ótimo exemplo do compromisso da NYU Tandon com um futuro mais sustentável”, diz Dean Jelena Kovačević, “e uma prova da pesquisa que está sendo feita em nossa recém-lançada Iniciativa de Engenharia Sustentável, que se concentra no combate às mudanças climáticas e à contaminação ambiental por meio de uma abordagem de quatro frentes que estamos chamando de AMRAd, para Prevenção, Mitigação, Remediação e Adaptação.”
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