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Artigo na APL sobre atrito em nanoescala de pesquisadores do Instituto.

quinta-feira, 4 de dezembro de 2014 14:40

O prestigiado periódico Applied Physics Letters (APL) publicou recentemente um artigo sobre atrito em nanoescala, assinado por uma equipe de pesquisadores ligados a três laboratórios e uma empresa associados ao Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies.

Na letter, os autores mostram que a composição química das superfícies exerce influência no fenômeno de atrito na escala nano, lembrando que o atrito pode ser descrito como uma força que oferece resistência ao movimento relativo de duas superfícies que estão em contato. O estudo pode abrir possibilidades de customização de superfícies (funcionalização)  visando à redução do atrito para diminuir as perdas energéticas que esse fenômeno acarreta.

Usando um equipamento que realiza testes de propriedades mecânicas e tribológicas em escala nano, o "NanoTest-600", localizado no Laboratório de Caracterização de Superfícies em Nanoescala da Universidade de Caxias do Sul (UCS), os pesquisadores mediram o atrito, numa profundidade de 20 a 200 nm, em dois tipos de amostras de liga ferrosa com tratamentos superficiais a plasma. Por um lado, foram preparadas amostras nitretadas e, por outro, amostras nitretadas e em seguida oxidadas (pós-oxidação). Ao fazer o teste de deslizamento, os cientistas constataram que o atrito era maior nas amostras nitretadas do que nas amostras pós-oxidadas. Esse resultado condiz com o fato, já conhecido, de que os óxidos usados como revestimentos têm propriedades lubrificantes, diminuindo o atrito.

Sendo que as propriedades mecânicas macroscópicas (dureza, módulo elástico, índice de plasticidade e rugosidade superficial) eram iguais nos dois tipos de amostras, os autores buscaram uma explicação na escala nanométrica e concluíram que o atrito diminuía quando, em conseqüência da pós-oxidação, os átomos de nitrogênio eram substituídos por átomos de oxigênio na superfície das amostras.

Esses resultados foram interpretados teoricamente dentro de um modelo que relaciona o atrito em nanoescala com as vibrações que ocorrem coletivamente nos átomos que compõem os materiais sólidos cristalinos, organizados em estruturas tridimensionais (estruturas cristalinas). Cada estrutura cristalina vibra em uma freqüência determinada.

No artigo da APL, os autores propuseram que existe um acoplamento entre as vibrações dos átomos das superfícies em contato, e que esse acoplamento é menor quando a estrutura cristalina incorpora átomos de oxigênio e maior quando possui átomos de nitrogênio, devido às diferentes freqüências de vibração que se originam nas estruturas.

O artigo reporta os resultados de um trabalho de pesquisa desenvolvido, principalmente, durante o mestrado de Márcia Freislebem, orientado pelo professor Carlos A. Figueroa. Márcia obteve o duplo diploma de mestra pela Universidade de Caxias do Sul (UCS) e pela École Européenne d'Ingénieurs en Génie des Matériaux (EEIGM), localizada na cidade francesa de Nancy, após realizar disciplinas e atividades acadêmicas nas duas instituições.

Além da seção UCS do Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies, participaram deste trabalho pesquisadores da seção Unicamp e UFRGS do Instituto.

Referência do artigo: Márcia Freislebem, Caren M. Menezes, Felipe Cemin, Fernanda B. Costi, Patrícia A. Ferreira1, César Aguzzoli, Israel J. R. Baumvol, Fernando Alvarez and Carlos A. Figueroa. Influence of the chemical surface structure on the nanoscale friction in plasma nitrided and post-oxidized ferrous alloy. Appl. Phys. Lett. 105, 111603 (2014). http://dx.doi.org/10.1063/1.4894803

Fonte: Gerência de Comunicação do Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies

Palavras-chave: 2014, APL, atrito, carlos figueroa, engenharia de superfície, engenharia de superfícies, fernando alvarez, fônons, Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies, israel baumvol, marcia freislebem, nanoescala, nitretação, pós-oxidação