Attrito: più si fa piccolo più diventa forte

I nanotubi sono molecole di carbonio che hanno forma cilindrica allungata e proprietà straordinarie di durezza e leggerezza: cinquanta volte più resistenti dell’acciaio, pesano solo un sesto. L’immagine mostra uno strato preparato per studiarne le proprietà elastiche. Il diametro di ciascuno è di appena 1 o 2 nanometri ma qui sono raggruppati in fasci di alcune centinaia. (Esperimento: A. Podestà, P. Milani, Università di Milano. Artwork: Lucia Covi, ©S3.)Un gruppo di ricerca internazionale, al quale partecipano anche SISSA, ICTP e CNR-INFM Democritos, svela i segreti del nanoattrito

Suonare un violino, ballare il tango, guidare un’automobile, e virtualmente ogni azione che compiamo quotidianamente mette in gioco quelle che vengono chiamate dai fisici forze d’attrito. Pochi giorni fa su Nature Materials è stato pubblicato, a opera di un team internazionale che vede partecipare anche la Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati, Il Centro Internazionale di Fisica Teorica Abdus Salam e CNR-INFM Democritos, uno studio che ha analizzato le forze d’attrito che avvengono alle nanoscale e cioè a una dimensione inferiore ai 100 nanometri  – un nanometro è pari a un miliardesimo di metro.

Ascolta l’intervista integrale a Erio Tosatti

La ricerca è divisa fra una parte sperimentale e una di simulazione, quest’ultima condotta proprio a Trieste da Erio Tosatti e Xiaohua Zhang. Gli scienziati hanno simulato una punta di diamante che sfregava un nano tubo di carbonio – che è un foglio di grafite di piccolissime dimensioni ripiegato come un sigaro. L’attrito ottenuto non è lo stesso se lo sfregamento avviene in maniera perpendicolare al tubo oppure parallela. Nel primo caso è molto più alta.

Studiare l’attrito su una scala così piccola è importante perché di fatto è principalmente determinato dai contatti “molto intimi”, come li definisce Tosatti, tra le superfici che scorrono l’una contro l’altra  e solo arrivando a livello “nano” si può arrivare a una comprensione completa di questi fenomeni. Gli strumenti di visualizzazione attuali, a scansione, permettono infatti di vedere come è fatta davvero una superficie e quindi osservare le interazioni che avvengono fra una superficie e un’altra.

“In che maniera si può controllare l’attrito? Questa domanda è importante sia dal punto di vista di principio che da quello pratico,” spiega Tosatti. “Ridurre l’attrito è fondamentale per eliminare l’usura e per il risparmio energetico, rafforzarlo invece, in certe altre situazioni, come quando freniamo con la macchina o dobbiamo restare in piedi, è altrettanto importante.”

Federica Sgorbissa
Federica Sgorbissa è laureata in Psicologia con un dottorato in percezione visiva ottenuto all'Università di Trieste. Dopo l'università, ha ottenuto il Master in comunicazione della scienza della SISSA di Trieste. Da qui varie esperienze lavorative, fra le quali addetta all'ufficio comunicazione del science centre Immaginario Scientifico di Trieste e oggi nell'area comunicazione di SISSA Medialab. Come giornalista free lance collabora con alcune testate come Le Scienze e Mente & Cervello.

8 Commenti

  1. Ho dimenticato di fornire alla gentile e brava intervistatrice il riferimento esatto all’articolo originale su Nature Materials, che qualcuno potrebbe voler consultare.

    Eccolo:

    Hindered rolling and friction anisotropy in supported carbon nanotubes

    Marcel Lucas1, Xiaohua Zhang2,5, Ismael Palaci1, Christian Klinke3, Erio Tosatti2,4 & Elisa Riedo1

    Nature Materials. Published online: 13 September 2009 | doi:10.1038/nmat2529

    http://www.nature.com/nmat/journal/vaop/ncurrent/abs/nmat2529.html

  2. La differenza di attrito tra lo “sfregamento” perpendicolare e quello parallelo a che cosa è dovuto? Ci sono delle ipotesi in proposito?
    Quanto incide la forza di gravità rispetto all’attrito? So che la domanda può essere ingenua, ma l’attrito, in laboratorio, si può decontesualizzare dalle forze circostanti?
    M.C.

    1. La differenza fra attrito trasverso (piu’ grande) e quello longitudinale (piu’ piccolo) e’ proprio il punto dell’articolo, e quello che crediamo di aver capito interpretando i dati sperimentali di Elisa Riedo e collaboratori con la simulazione e la teoria. Il moto trasverso della tip provoca una oscillazione che assomiglia ad un inizio di rotolamento(“hindered rolling”) che e’ assente nel caso longitudinale, e che causa una dissipazione addizionale.

      Per quanto riguarda le forze di gravita’, importanti nell’attrito normale della vita di ogni giorno, il design del nanoattrito (punta meccanicamente sospesa, fin quasi a toccare il nanotubo che aderisce ad un substrato) e’ tale da renderle irrilevanti.

  3. Devo fare un’aggiunta molto importante. Solo una piccola parte di questo lavoro, quella teorica, e’ stata effettuata a Trieste, dal mio postdoc cinese Xiaohua Zhang–ora tornato in Cina– e da me. La parte piu’ importante del lavoro, quella sperimentale con la misura dell’attrito punta-nanotubo e la scoperta della sua anisotropia, e’ stata fatta da Marcel Lucas e Ismael Palaci ( in collaborazione con Christian Klinke ad Amburgo) nel gruppo di Georgia Tech diretto ad Atlanta, Stati Uniti, da Elisa Riedo. Un buon esempio di collaborazione internazionale a tutto campo, e non una ricerca italiana, come ho visto scritto qua e la’. Elisa poi e’ una giovane e brillante ricercatrice italiana, che solo negli Stati Uniti ma non in Italia ha trovato lo spazio e le opportunita’ per sviluppare le sue idee e compiere le sue ricerche. Un buon esempio di “cervello in fuga”, come si direbbe con terminologia abusata e orribile….

  4. Attenzione ! 1 nanometro è uguale a 1 miliardesimo di metro e NON “un nanometro è pari a un miliardo di metro”. Probabilmente è un errore di stampa.

    Molto coinvolgente poter studiare il fenomeno dell’attrito in scala nanometrica.
    Ho letto una parte dell’articolo, non facile, ma assai dettagliato.

    Probabilmente, quando avrò terminato la lettura avrò bisogno dei vostri “lumi”.
    Grazie

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