Ya sea en la transmisión de vehículos, en prótesis de cadera, o en los diminutos sensores que activan los airbags, los respectivos componentes deben deslizarse uno sobre el otro con una fricción mínima para evitar la pérdida de energía y el desgaste en el material. Cuando investigaban el comportamiento de la fricción en los nanosistemas, los científicos de la Technische Universität München (TUM) descubrieron un tipo de fricción hasta ahora desconocido, que ayuda a comprender algunos fenómenos antes inexplicables

La fricción es un fenómeno físico omnipresente, pero que a menudo molesta: provoca desgaste y pérdida de energía en las máquinas, y tambien en las articulaciones. En búsqueda de una baja fricción entre componentes que son cada vez más pequeños, un equipo de físicos, dirigidos por los profesores Thorsten Hugel y Alexander Holleitner, ha descubierto un tipo hasta ahora desconocido de fricción, que ellos llaman «resistencia de desorción«.

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

Para este estudio, los científicos unieron al final de una molécula de polímero al fino y nanométrico extremo, altamente sensible, de un microscopio de fuerza atómica (AFM). Mientras pasaban la molécula de polímero sobre las superficies de prueba, el AFM medía las fuerzas resultantes, de las cuales los investigadores pudieron deducir directamente el comportamiento del espiralado polímero.

Nuevo mecanismo de fricción

Además de los dos mecanismos de fricción que eran de esperar, como la adherencia y el deslizamiento, detectaron un tercero en ciertas combinaciones de polímero, disolvente y superficie.

Aunque el polímero se adhiere a la superficie, se puede tironear del filamento de polímero hacia una solución circundante sin ejercer una fuerza significativa, según describe el físico experimental Thorsten Hugel. «Es probable que la causa sea una muy baja fricción interna dentro del enrollado polímero.»

La clave es el disolvente

Sorprendentemente, la resistencia de desorción no depende ni de la velocidad de movimiento ni de la superficie de apoyo o la fuerza adhesiva del polímero. En cambio, lo decisivo es 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 resistencia de desorción.

«El conocimiento logrado por nuestras mediciones de la fricción en una molécula única nos lleva a nuevas formas de minimizar la fricción», dice Alexander Holleitner. «En el futuro, con una preparación selectiva de polímeros se podrían desarrollar nuevas superficies especiales para el rango nanométrico y micrométrico.»

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

Fuente: Science Daily. Aportado por Eduardo J. Carletti

Más información:

• Bionanomáquinas: las proteínas luchan contra la fricción
• Materiales poliméricos inteligentes para resolver problemas de la industria
• Nuevas fórmulas ayudan a desentrañar misteriosas fuerzas cuánticas
• Un nuevo grafeno magnético puede revolucionar la electrónica
• Presentan la «tubería magnética»
• «Diseñado un nuevo metamaterial con una propiedad "contra natura"»
• Un nanomaterial rivaliza en su dureza con la del diamante
• Nanomáquinas de Babbage prometen computación con bajo consumo de energía