Le frottement est un phénomène quotidien ; il permet aux conducteurs d’arrêter leurs voitures en freinant et aux danseurs d’exécuter des mouvements compliqués sur différentes surfaces de sol. Cependant, il peut également s’agir d’un effet indésirable entraînant le gaspillage de grandes quantités d’énergie dans les processus industriels, le secteur des transports et ailleurs. Les tribologues – ceux qui étudient la science des surfaces en interaction en mouvement relatif – ont estimé qu’un quart des pertes d’énergie mondiales sont dues au frottement et à l’usure.

Alors que le frottement est extrêmement répandu et pertinent dans la technologie, les lois fondamentales du frottement sont encore obscures, et ce n’est que récemment que les scientifiques ont pu utiliser les progrès de la nanotechnologie pour comprendre, par exemple, l’origine microscopique de la loi de da Vinci, qui soutient que les forces de frottement sont proportionnels à la charge appliquée.

Maintenant, Riedo et son chercheur postdoctoral NYU Tandon Martin Rejhon ont trouvé une nouvelle méthode pour mesurer le cisaillement interfacial entre deux couches atomiques et ont découvert que cette quantité est inversement liée au frottement, selon une nouvelle loi.

Ce travail, mené en collaboration avec Francesco Lavini, étudiant diplômé de la NYU Tandon, et des collègues de l’École internationale d’études avancées, du Centre international de physique théorique de Trieste, en Italie, ainsi que de l’Université Charles de Prague, pourrait conduire à des processus de fabrication plus efficaces, plus écologiques véhicules, et un monde généralement plus durable.

« L’interaction entre une seule couche atomique d’un matériau et son substrat régit ses propriétés électroniques, mécaniques et chimiques », explique Riedo, « il est donc important de mieux comprendre ce sujet, tant au niveau fondamental que technologique, pour trouver des moyens de réduire la perte d’énergie causée par le frottement. »

Les chercheurs ont étudié des films de graphite massif et de graphène épitaxial développés avec différents ordres d’empilement et de torsion, mesurant le module de cisaillement transversal interfacial difficile d’accès d’une couche atomique sur un substrat. Ils ont découvert que le module (une mesure de la capacité du matériau à résister aux déformations de cisaillement et à rester rigide) est largement contrôlé par l’ordre d’empilement et l’interaction couche atomique-substrat et ont démontré son importance dans le contrôle et la prédiction du frottement de glissement dans les matériaux bidimensionnels supportés. . Leurs expériences ont montré une relation réciproque générale entre la force de frottement par unité de surface de contact et le module de cisaillement interfacial pour toutes les structures de graphite qu’ils ont étudiées.

Leur article de 2022, « Relation entre le cisaillement interfacial et la force de friction dans les matériaux 2D » a été publié en ligne dans Nanotechnologie de la nature et a été financé par l’US Department of Energy Office of Science et l’US Army Research Office.

« Nos résultats peuvent également être généralisés à d’autres matériaux 2D », affirme Riedo, qui dirige le PicoForce Lab de NYU Tandon. « Cela présente un moyen de contrôler le frottement de glissement atomique et d’autres phénomènes d’interface, et a des applications potentielles dans les dispositifs mobiles miniaturisés, l’industrie des transports et d’autres domaines. »

« Le travail d’Elisa est un excellent exemple de l’engagement de NYU Tandon pour un avenir plus durable », a déclaré la doyenne Jelena Kovačević, « et un témoignage de la recherche en cours dans le cadre de notre nouvelle initiative d’ingénierie durable, qui se concentre sur la lutte contre le changement climatique et la contamination de l’environnement par une approche en quatre volets que nous appelons AMRAd, pour évitement, atténuation, remédiation et adaptation. »