Investigadores de la Facultad de Física e Informática Aplicada de la Universidad de Lodz han publicado un estudio en la revista Small que podría transformar nuestra comprensión sobre la fricción en los materiales. Su investigación sobre «islotes de bismuto» en la superficie del grafito ha confirmado la existencia de una nueva forma de superlubricidad, que se define como un contacto sin fricción entre dos cuerpos sólidos.
Este hallazgo tiene el potencial de revolucionar el diseño de máquinas a escala nanométrica, así como de vehículos en el futuro. Comprender estos procesos nos permitirá crear dispositivos que operen con mayor eficiencia, lo que se traduce en un ahorro significativo de energía y recursos.
El fenómeno de la superlubricidad
La superlubricidad es un estado en el que la fricción entre materiales sólidos se vuelve imperceptible. En condiciones normales, la fricción entre dos superficies dificulta su movimiento relativo, debido a las fuerzas que mantienen unidos los átomos de ambos materiales. Sin embargo, en sistemas de superlubricidad, estas fuerzas son tan débiles que los cuerpos pueden moverse sin resistencia.
Hasta ahora, la superlubricidad se había observado de manera isotrópica, es decir, la fricción se cancelaba en todas las direcciones de forma equitativa. La novedad de este descubrimiento radica en que se ha logrado una nueva forma de superlubricidad en la que la fricción es nula en una única dirección, mientras que se presenta fricción convencional en otras direcciones.
Los investigadores, liderados por el Dr. Hab. Paweł Kowalczyk, encontraron que al depositar bismuto sobre una superficie de grafito, se forman cristales extremadamente planos, con un grosor de solo dos átomos. Estos cristales no son estáticos; se mueven en línea recta, lo que representa un cambio significativo en la forma en que se concibe la fricción y la adhesión de los materiales.
Las secuencias de microscopía presentadas en el estudio revelan que los cristales de bismuto se comportan como gotas de aceite sobre una superficie caliente, desplazándose constantemente. Su movimiento sigue trayectorias rectas, denominadas «nano-autopistas», que permiten un movimiento colectivo rápido en una única dirección. Este fenómeno es inusual en el estudio de materiales sólidos, y su comprensión puede abrir nuevas vías de investigación en la reducción de fricción.
La importancia de esta investigación no puede subestimarse. Si se logra desarrollar materiales que presenten una fricción notablemente menor, se podrían utilizar en una variedad de dispositivos, desde maquinaria de precisión hasta vehículos, que serían más eficientes y menos propensos al desgaste. Esto no solo significaría un ahorro en costos energéticos, sino que también tendría un impacto positivo en el medio ambiente, dado que se estima que la eliminación total de la fricción podría reducir las emisiones de carbono en casi un 25%.
Los investigadores planean realizar estudios adicionales para comprender mejor cómo variables como la temperatura, el tamaño de los islotes y los defectos en la superficie del grafito afectan la fricción y el movimiento de estos materiales. También buscan otros compuestos con propiedades similares que puedan contribuir a este avance en la nanotecnología.
