Kitka mikromittakaavassa riippuu yllättäen liukunopeudesta

Kitka atomimittakaavassa näyttää riippuvan nopeudesta, jolla kaksi pintaa liikkuvat toistensa ohi. Tämä yllättävä käyttäytyminen havaittiin atomivoimamikroskoopin (AFM) kärjen liikkuessa grafeenipinnoitetta pitkin, ja Sveitsin Baselin ja Israelin Tel Avivin yliopistojen tutkijat sanovat, että se johtuu grafeenin hilarakenteen epäsopivuuden aiheuttamasta pinnan aallosta. . Löydöksellä sekä havainnot, joiden mukaan kitkavoima skaalautuu eri tavalla eri nopeustiloissa, voisi olla sovelluksia laitteissa, kuten kiintolevyissä ja satelliittien tai avaruusteleskooppien liikkuvissa komponenteissa, jotka vaativat erittäin pientä kitkaa.

Arkipäiväisissä, makroskooppisissa kohteissa kitka on joko riippumatonta liukunopeudesta (Coulombin lain mukaan) tai siitä riippuvainen lineaarisesti (esimerkiksi viskoosissa väliaineessa). Atomimittakaavassa asiat ovat kuitenkin toisin. Uudessa työssä johti tiimi Ernst Meyer mistä Sveitsin nanotieteen instituutti ja Baselin yliopiston fysiikan laitos mittasi nopeuden, jolla atomivoimamikroskooppi (AFM) liikkuu grafeenikerroksen (hiiliatomien 2D-muoto, joka on järjestetty hunajakennomaiseen konfiguraatioon) poikki platinaalustan päällä.

Moiré superhilat

Kokeessaan, jonka he raportoivat nano Letters, Meyer ja hänen kollegansa havaitsivat, että grafeeni muodostaa superhiloja, jotka tunnetaan moiré-superhiloina. Nämä rakenteet eivät ole enää täysin tasaisia, ja niiden kitka muodostaa hilsettä eri tavoin nopeusjärjestelmästä riippuen.

Atomististen molekyylidynaamisten simulaatioiden mukaan Oded Hod ja Michael UrbakhTel Avivin tutkimusryhmien mukaan vaikutuksen takana oleva mekanismi johtuu muodonmuutoksesta moiré-superhilan harjuissa, kun AFM:n kärki liikkuu grafeeni/platina-rajapintaa pitkin. Kärki indusoi elastista muodonmuutosta, kun se työntää harjannetta, minkä jälkeen harjanteen rentoutuminen irtoaa kärjestä sen liukuessa eteenpäin.

Pienillä AFM-pyyhkäisynopeuksilla kitkavoima on pieni ja pysyy vakiona (muistuttaen makroskooppista käyttäytymistä), selittää Hod. Tietyn kynnysnopeuden ylittäessä se kuitenkin kasvaa logaritmisesti. "Tämä kynnys on sitä pienempi, mitä suurempi on moiré-suoritusrakenteen koko, mikä mahdollistaa risteysarvon säätämisen rajapinnan kiertokulman kautta", Hod sanoo.

"Selkeä viesti käytännön sovelluksiin"

"Tuloksemme tarjoavat selkeän viestin käytännön sovelluksille", Urbakh lisää. "Erittäin alhaisen kitkan saavuttamiseksi käyttämällä kaksiulotteisia materiaalipinnoitteita, ne tulee valmistella siten, että ne tuottavat pienimuotoisia moiré-kuvioita."

Kvanttiefektit tekevät magneteenista yllättävän liukasta

Tutkijat sanovat, että heidän havaitsemansa mekanismi voi olla merkityksellinen myös monikiteisille materiaaleille, joissa raeraajat ovat läsnä. He aikovat tutkia näitä tarkemmin tulevassa työssään. "Tässä tapauksessa kitkaenergian hajoamista hallitsee rakeiden rajojen osuus", Hod kertoo. Fysiikan maailma. "Aiomme löytää tapoja eliminoida raerajakitka, esimerkiksi tutkimalla ainutlaatuisia negatiivisia kitkakertoimia, joissa kitka vähenee ulkoisten normaaleiden kuormien myötä, toisin kuin yleinen fyysinen intuitio."

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/friction-at-the-microscale-depends-unexpectedly-on-sliding-speed/