Η τριβή στη μικροκλίμακα εξαρτάται απροσδόκητα από την ταχύτητα ολίσθησης

Η τριβή σε ατομική κλίμακα φαίνεται να εξαρτάται από την ταχύτητα με την οποία δύο επιφάνειες κινούνται η μία μπροστά από την άλλη. Αυτή η εκπληκτική συμπεριφορά παρατηρήθηκε καθώς η άκρη ενός μικροσκοπίου ατομικής δύναμης (AFM) κινείται κατά μήκος μιας επικάλυψης γραφενίου και ερευνητές στα πανεπιστήμια της Βασιλείας στην Ελβετία και του Τελ Αβίβ στο Ισραήλ λένε ότι προκύπτει από αυλάκωση της επιφάνειας που προκαλείται από μια αναντιστοιχία στη δομή του πλέγματος του γραφενίου . Το εύρημα, μαζί με τις παρατηρήσεις ότι η δύναμη τριβής κλιμακώνεται διαφορετικά σε διαφορετικά καθεστώτα ταχύτητας, θα μπορούσε να έχει εφαρμογές σε συσκευές όπως σκληροί δίσκοι και κινούμενα εξαρτήματα σε δορυφόρους ή διαστημικά τηλεσκόπια που απαιτούν εξαιρετικά χαμηλή τριβή.

Σε καθημερινά, μακροσκοπικά αντικείμενα, η τριβή είναι είτε ανεξάρτητη από την ταχύτητα ολίσθησης (σύμφωνα με το νόμο του Coulomb) είτε εξαρτάται γραμμικά από αυτήν (για παράδειγμα σε ιξώδη μέσα). Στην ατομική κλίμακα, ωστόσο, τα πράγματα είναι διαφορετικά. Στη νέα δουλειά, ηγήθηκε μια ομάδα Έρντ Μέιερ από το Ελβετικό Ινστιτούτο Νανοεπιστημών και την Τμήμα Φυσικής στο Πανεπιστήμιο της Βασιλείας μέτρησε την ταχύτητα με την οποία ένα μικροσκόπιο ατομικής δύναμης (AFM) κινείται σε ένα στρώμα γραφενίου (μια δισδιάστατη μορφή ατόμων άνθρακα που είναι διατεταγμένα σε διαμόρφωση σαν κηρήθρα) πάνω από ένα υπόστρωμα πλατίνας.

Υπερπλέγματα Moiré

Στο πείραμά τους, στο οποίο αναφέρουν Nano γράμματα, ο Meyer και οι συνεργάτες του βρήκαν ότι το γραφένιο σχηματίζει υπερδομές γνωστές ως υπερδικτυώματα moiré. Αυτές οι δομές δεν είναι πλέον εντελώς επίπεδες και η τριβή που παράγουν κλιμακώνεται με διάφορους τρόπους ανάλογα με το καθεστώς ταχύτητας.

Σύμφωνα με ατομικιστικές μοριακές δυναμικές προσομοιώσεις από Oded Hod και Michael UrbakhΟι ερευνητικές ομάδες του Τελ Αβίβ, ο μηχανισμός πίσω από το φαινόμενο προέρχεται από την παραμόρφωση στις κορυφογραμμές του υπερδικτυώματος moiré καθώς η άκρη του AFM κινείται κατά μήκος της διεπαφής γραφενίου/πλατίνας. Το άκρο προκαλεί ελαστική παραμόρφωση καθώς πιέζει την κορυφογραμμή, ακολουθούμενη από χαλάρωση της κορυφογραμμής κατά την αποκόλληση από το άκρο καθώς ολισθαίνει προς τα εμπρός.

Σε χαμηλές ταχύτητες σάρωσης AFM, η δύναμη τριβής είναι μικρή και παραμένει σταθερή (θυμίζει μακροσκοπική συμπεριφορά), εξηγεί ο Hod. Πάνω από ένα ορισμένο όριο ταχύτητας, ωστόσο, αυξάνεται λογαριθμικά. «Αυτό το κατώφλι είναι χαμηλότερο όσο μεγαλύτερο είναι το μέγεθος της υπερκατασκευής του μουαρέ, επιτρέποντας τον συντονισμό της τιμής διασταύρωσης μέσω της γωνίας περιστροφής της επιφάνειας», λέει ο Hod.

«Ένα ξεκάθαρο μήνυμα για πρακτικές εφαρμογές»

«Τα ευρήματά μας παρέχουν ένα σαφές μήνυμα για πρακτικές εφαρμογές», προσθέτει ο Urbakh. «Για να επιτευχθεί εξαιρετικά χαμηλή τριβή χρησιμοποιώντας δισδιάστατες επικαλύψεις υλικών, θα πρέπει να προετοιμαστούν με τέτοιο τρόπο ώστε να παράγουν μοτίβα μουαρέ μικρής κλίμακας».

Τα κβαντικά εφέ κάνουν το μαγνητένιο εκπληκτικά ολισθηρό

Οι ερευνητές λένε ότι ο μηχανισμός που παρατήρησαν μπορεί επίσης να σχετίζεται με πολυκρυσταλλικά υλικά, στα οποία υπάρχουν όρια κόκκων. Σκοπεύουν να τα μελετήσουν λεπτομερέστερα σε μελλοντικές εργασίες. «Σε αυτή την περίπτωση, η διασπορά της ενέργειας τριβής κυριαρχείται από τη συμβολή των ορίων των κόκκων», λέει ο Hod Κόσμος Φυσικής. «Σκοπεύουμε να βρούμε τρόπους για την εξάλειψη της τριβής στα όρια των κόκκων, για παράδειγμα διερευνώντας μοναδικά καθεστώτα αρνητικού συντελεστή τριβής, όπου η τριβή μειώνεται με εξωτερικά κανονικά φορτία, σε αντίθεση με την κοινή φυσική διαίσθηση».

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://physicsworld.com/a/friction-at-the-microscale-depends-unexpectedly-on-sliding-speed/