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» » La fricción en el nanomundo: Descubren un nuevo tipo de fricción

Referencia: Science.Daily.com, 15 de mayo 2013

Ya sea para las transmisiones de los vehículos, los reemplazos de cadera, o los diminutos sensores para activar los airbags: Los componentes respectivos deben deslizarse uno contra otro con una fricción mínima, para evitar la pérdida de energía y el desgaste de material. Al investigar el comportamiento de la fricción de los nanosistemas, los científicos de la Technische Universität München (TUM) han descubierto un tipo hasta ahora desconocido de fricción que arroja nueva luz sobre algunos fenómenos antes inexplicables.

La fricción es un fenómeno físico omnipresente, pero a menudo molesto: Provoca un desgaste y una pérdida de energía en las máquinas, así como en las uniones. En la búsqueda de la baja fricción entre los componentes cada vez más pequeños, un equipo de físicos, liderados por los profesores Thorsten Hugel y Alexander Holleitner, les ha llevado a descubrir un tipo, hasta ahora desconocido, de fricción que ellos llaman "adhesión de desorción" [desorción es lo contrario de absorción].

Los investigadores examinaron cómo y por qué las moléculas de simples polímeros en diversos disolventes se deslizan por encima o se adhieren a ciertas superficies. Su objetivo era comprender las leyes básicas de la física a escala molecular, con el fin de desarrollar superficies antifricción y lubricantes adecuados.

Para sus estudios de los científicos adjuntaron el final de una molécula polímero a la punta fina y nanométrica, altamente sensible, de un microscopio de fuerza atómica (AFM). Mientras que sacaban la molécula polímero sobre unas superficies de prueba, el AFM medía las fuerzas resultantes, las cuales los investigadores podían deducir directamente del comportamiento de la espiral del polímero.

Descubierto nuevo mecanismo de fricción

Aparte de los dos mecanismos de fricción esperados, como la adherencia y el deslizamiento, detectaron un tercero para ciertas combinaciones de polímero, disolvente y superficie.

"Aunque el polímero se adhiere a la superficie, el filamento del polímero se puede extraer de su espiral hacia una solución circundante sin ejercer una fuerza significativa", según describe el físico experimental Thorsten Hugel. "La causa es probablemente una muy baja fricción interna dentro de la espiral del polímero."

La clave es el disolvente

Sorprendentemente, la adhesión de desorción no depende ni de la velocidad de movimiento ni en la superficie de apoyo ni de la fuerza adhesiva del polímero. En vez de eso, son decisivas la naturaleza química de la superficie y la calidad del disolvente. Por ejemplo, el poliestireno hidrófobo presenta un comportamiento de deslizamiento puro cuando se disuelve en cloroformo. Y en el agua, sin embargo, muestra la adhesión de desorción.

"El conocimiento ganado por nuestras mediciones de la fricción de una sola molécula conduce a nuevas formas de minimizar la fricción", señala Alexander Holleitner. "En el futuro, con la preparación específica de los polímeros, podrían ser desarrolladas nuevas superficies específicas en un rango nano y micrométrico."

El trabajo fue apoyado por la German Research Foundation (DFG) y el Cluster of Excellence Nanosystems Initiative Munich (NIM).


- Imagen: Polímero visto en el AFM. Crédito B. Balzer/TUM
- Fuente: Technische Universitaet Muenchen.
- Publicación: Bizan N. Balzer, Markus Gallei, Moritz V. Hauf, Markus Stallhofer, Lorenz Wiegleb, Alexander Holleitner, Matthias Rehahn, Thorsten Hugel. Nanoscale Friction Mechanisms at Solid-Liquid Interfaces. Angewandte Chemie International Edition, 2013; DOI: 10.1002/anie.201301255 .
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Editor del blog Pedro Donaire

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