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Contribuição do Instituto à compreensão e desenvolvimento de revestimentos de ultrabaixo atrito.

sexta-feira, 14 de setembro de 2018 14:45

Tema quente na indústria e na academia, os revestimentos com ultrabaixo atrito têm a capacidade de diminuir significativamente as grandes perdas de energia causadas pelo atrito, sem adição de produtos lubrificantes. Esses revestimentos apresentam, assim, um impacto econômico e ambiental duplamente positivo.

Entre os materiais mais promissores para uso em revestimentos de ultrabaixo atrito estão os carbonos amorfos hidrogenados - filmes finos compostos principalmente por átomos de carbono e hidrogênio dispostos de forma desordenada. Esses revestimentos formam parte da conhecida família dos filmes de DLC (do inglês diamond-like carbon), os quais são amplamente utilizados para aumentar a vida útil ou melhorar o desempenho de produtos como lâminas de barbear, discos rígidos de computadores, próteses ortopédicas e componentes de motores de veículos.

Um trabalho realizado por pesquisadores do Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies e colaboradores traz uma contribuição à compreensão e desenvolvimento de revestimentos ou superfícies de ultrabaixo atrito de carbono amorfo hidrogenado. Os resultados do trabalho foram recentemente publicados no periódico científico Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) da Royal Society of Chemistry.

Do ponto de vista da pesquisa fundamental, o trabalho descreve o mecanismo que gera atrito ultrabaixo nos revestimentos desse tipo que têm mais hidrogênio na sua composição, e coeficientes de atrito maiores quando a proporção de hidrogênio diminui. "Antes do nosso paper, a literatura científica apresentava uma explicação diferente para cada um desses fenômenos", relata Carlos A. Figueroa, pesquisador da seção UCS do Instituto e um dos autores correspondentes do artigo.

No artigo publicado na revista PCCP, os autores analisaram, na escala nanométrica, a origem do atrito em filmes de carbono amorfo contendo diversas proporções de hidrogênio em suas camadas mais externas. A equipe científica concluiu que 
a presença e intensidade de dipolos elétricos na interface de deslizamento têm papel fundamental na geração de uma maior ou menor força de atrito. De fato, segundo os autores, os agentes que dominam o surgimento do atrito nesses casos são as chamadas "forças de dispersão de London" - forças temporárias e fracas que provocam atração entre moléculas e átomos.

Do ponto de vista tecnológico, o trabalho mostra como regular o atrito nos revestimentos de carbono amorfo hidrogenado por meio da incorporação de nanoaglomerados de átomos de hidrogênio na superfície dos revestimentos.

Para chegar nessas conclusões, os autores produziram diversas amostras de filmes finos de carbono amorfo hidrogenado e as caracterizaram pelas técnicas de GD-OES, espectroscopia Raman, KPFM e AFM. As medidas de atrito em nanoescala foram obtidas com o uso de um nanoindentador, cuja ponta de diamante deslizou sobre as amostras.

O trabalho foi desenvolvido dentro do doutorado em Engenharia e Ciência dos Materiais de Fernando Graniero Echeverrigaray, o qual está sendo realizado na UCS com orientação do professor Figueroa. Também participaram do trabalho pesquisadores e estudantes da PUC-Rio, UCS, UFSM e Unicamp.

Referência: Towards superlubricity in nanostructured Q2 surfaces: the role of van der Waals forces. Fernando G. Echeverrigaray, Saron R. S. de Mello, Leonardo M. Leidens, Marcelo E. H. Maia da Costa, Fernando Alvarez, Thiago A. L. Burgo, Alexandre F. Michels and Carlos A. Figueroa. DOI: 10.1039/c8cp02508h. Phys. Chem. Chem. Phys., 2018

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

Palavras-chave: carbono amorfo hidrogenado, carlos figueroa, DLC, fernando echeverrigaray, physical chemistry chemical physics, puc rio, revestimentos protetores, superlubrificação, tribologia, UCS, ufms, ultrabaixo atrito, unicamp