Le frottement à l'échelle microscopique dépend de façon inattendue de la vitesse de glissement

Le frottement à l'échelle atomique semble dépendre de la vitesse à laquelle deux surfaces se croisent. Ce comportement surprenant a été observé lorsque la pointe d'un microscope à force atomique (AFM) se déplace le long d'un revêtement de graphène, et des chercheurs des universités de Bâle en Suisse et de Tel Aviv en Israël affirment qu'il résulte d'une ondulation de surface induite par une inadéquation dans la structure du réseau du graphène. . La découverte, ainsi que les observations selon lesquelles la force de frottement évolue différemment selon les régimes de vitesse, pourraient avoir des applications dans des dispositifs tels que des disques durs et des composants mobiles dans des satellites ou des télescopes spatiaux qui nécessitent une friction ultra-faible.

Dans les objets macroscopiques du quotidien, le frottement est soit indépendant de la vitesse de glissement (selon la loi de Coulomb), soit linéairement dépendant de celle-ci (par exemple dans les milieux visqueux). A l'échelle atomique cependant, les choses sont différentes. Dans le nouveau travail, une équipe dirigée Ernst Meyer du Institut suisse des nanosciences et par Département de physique de l'Université de Bâle mesuré la vitesse à laquelle un microscope à force atomique (AFM) se déplace à travers une couche de graphène (une forme 2D d'atomes de carbone disposés dans une configuration en nid d'abeille) sur un substrat de platine.

Super-réseaux moirés

Dans leur expérience, qu'ils rapportent dans Nano Lettres, Meyer et ses collègues ont découvert que le graphène forme des superstructures appelées super-réseaux moirés. Ces structures ne sont plus totalement planes et les frottements qu'elles produisent évoluent de différentes manières selon le régime de vitesse.

Selon des simulations de dynamique moléculaire atomistique par Oded-Hod ainsi que Michel Urbakhdes groupes de recherche de Tel Aviv, le mécanisme à l'origine de l'effet provient de la déformation des crêtes du super-réseau moiré lorsque la pointe de l'AFM se déplace le long de l'interface graphène/platine. La pointe induit une déformation élastique lorsqu'elle pousse sur la crête, suivie d'une relaxation de la crête lors du détachement de la pointe lorsqu'elle glisse vers l'avant.

Aux faibles vitesses de balayage AFM, la force de frottement est faible et reste constante (rappelant le comportement macroscopique), explique Hod. Au-dessus d'un certain seuil de vitesse, cependant, elle augmente de manière logarithmique. "Ce seuil est d'autant plus faible que la taille de la superstructure moirée est grande, ce qui permet d'ajuster la valeur de croisement via l'angle de torsion interfaciale", explique Hod.

« Un message clair pour des applications pratiques »

"Nos résultats fournissent un message clair pour des applications pratiques", ajoute Urbakh. "Pour obtenir un frottement ultra-faible en utilisant des revêtements de matériaux bidimensionnels, ils doivent être préparés de manière à produire des motifs moirés à petite échelle."

Les effets quantiques rendent le magnétène étonnamment glissant

Les chercheurs affirment que le mécanisme qu'ils ont observé peut également être pertinent pour les matériaux polycristallins, dans lesquels des joints de grains sont présents. Ils prévoient de les étudier plus en détail dans des travaux futurs. "Dans ce cas, la dissipation d'énergie par frottement est dominée par la contribution des joints de grains", explique Hod. Monde de la physique. "Nous avons l'intention de trouver des moyens d'éliminer le frottement aux joints de grains, par exemple en explorant des régimes uniques de coefficients de frottement négatifs, où le frottement diminue avec les charges normales externes, contrairement à l'intuition physique commune."

• Contenu propulsé par le référencement et distribution de relations publiques. Soyez amplifié aujourd'hui.
• Platoblockchain. Intelligence métaverse Web3. Connaissance Amplifiée. Accéder ici.
• La source: https://physicsworld.com/a/friction-at-the-microscale-depends-unexpectedly-on-sliding-speed/