Os pesquisadores desenvolveram um método para manipular o atrito eletrônico – uma força persistente dentro dos materiais, mesmo em superfícies perfeitamente lisas – potencialmente abrindo caminho para tecnologias mais eficientes e duráveis. Embora o atrito tradicional seja abordado com lubrificantes e engenharia de superfície, essa nova força controlável decorre de interações entre os elétrons dentro dos próprios materiais.
O problema do atrito ‘invisível’
O atrito é uma força fundamental que se opõe ao movimento, essencial para ações cotidianas, como caminhar ou riscar um fósforo. Nas máquinas, é uma importante fonte de perda de energia e desgaste. As abordagens convencionais concentram-se em minimizar o atrito mecânico , mas mesmo com uma superfície lisa perfeita, o atrito eletrônico permanece. Isso ocorre porque os elétrons dentro dos materiais interagem à medida que se movem, dissipando energia independentemente da lubrificação. O desafio é que este atrito “oculto” continua a existir mesmo quando o atrito mecânico é insignificante.
Novo dispositivo permite controle eletrônico de fricção
Uma equipe liderada por Zhiping Xu, da Universidade Tsinghua, na China, construiu um dispositivo usando grafite e um semicondutor (molibdênio/enxofre ou boro/nitrogênio). Esses materiais são inerentemente bons lubrificantes sólidos, o que significa que o atrito mecânico entre eles é quase inexistente. Essa configuração permitiu aos pesquisadores isolar e estudar o atrito eletrônico. Eles descobriram que mesmo em deslizamento mecânico perfeito, o movimento agita elétrons, criando perda de energia.
Dois métodos para controlar a força
A equipe demonstrou duas maneiras de manipular esse atrito eletrônico:
- Aplicação de pressão: Isso força os elétrons entre as camadas a compartilharem estados, reduzindo interações energeticamente dispendiosas.
- Aplicar uma “tensão de polarização”: Isso regula o quanto o mar de elétrons é perturbado, controlando efetivamente o nível de atrito.
Eles refinaram ainda mais o controle alterando a tensão em diferentes partes do dispositivo, permitindo ajustes precisos em vez de apenas um botão liga/desliga.
Por que isso é importante
A primeira observação de fricção electrónica data de 1998, quando os investigadores notaram o seu desaparecimento em supercondutores a temperaturas extremamente baixas. Desde então, a área tem buscado maneiras de controlá-lo sem substituições de materiais ou lubrificantes adicionais. O objetivo final, de acordo com Jacqueline Krim, da Universidade Estadual da Carolina do Norte, é o controle remoto e em tempo real da fricção, como ajustar a aderência do calçado sob demanda.
Implicações Futuras
Embora um modelo matemático abrangente que ligue todos os tipos de fricção ainda esteja em desenvolvimento, Xu acredita que estas descobertas são promissoras para aplicações onde a fricção electrónica domina o desperdício de energia ou o desgaste. Esta pesquisa poderá, em última análise, levar a dispositivos com vida útil significativamente prolongada e consumo de energia reduzido, abordando uma fonte de ineficiência anteriormente incontrolável.
A capacidade de manipular a fricção electrónica representa um passo substancial em direcção a tecnologias mais eficientes, com potencial impacto nas indústrias, desde a produção até à electrónica de consumo.
