A mikroskálán kialakuló súrlódás váratlanul a csúszási sebességtől függ

A mikroskálán kialakuló súrlódás váratlanul a csúszási sebességtől függ

Időbélyeg: 2. február 2023. 6:07

Az atomerőmikroszkóp hegye és a grafén közötti súrlódást ábrázoló illusztráció
Sebességfüggő súrlódás. (Jóvolt: Bázeli és Scixeli Egyetem Fizikai Tanszék)

Úgy tűnik, hogy az atomi léptékben a súrlódás attól a sebességtől függ, amellyel két felület elhalad egymás mellett. Ezt a meglepő viselkedést figyelték meg, amikor egy atomerő-mikroszkóp (AFM) hegye a grafénbevonat mentén mozog, és a svájci bázeli és az izraeli Tel-avivi egyetem kutatói szerint ez a grafén rácsszerkezetének eltérése által kiváltott felületi hullámosodás következménye. . A felfedezés, valamint a megfigyelések, miszerint a súrlódási erők eltérően skálázódnak a különböző sebességi viszonyok között, olyan eszközökben alkalmazhatók, mint a merevlemezek és a műholdak mozgó alkatrészei vagy űrteleszkópok, amelyek ultraalacsony súrlódást igényelnek.

A mindennapi, makroszkópikus tárgyakban a súrlódás vagy független a csúszási sebességtől (Coulomb törvénye szerint), vagy attól lineárisan függ (például viszkózus közegben). Atomi léptékben azonban a dolgok másként állnak. Az új munkában egy csapat vezetett Ernst Meyer tól Svájci Nanotudományi Intézet és a A Bázeli Egyetem Fizika Tanszéke azt a sebességet mérte, amellyel az atomerő-mikroszkóp (AFM) áthalad a grafénrétegen (a szénatomok méhsejt-szerű elrendezésben elhelyezkedő 2D-s formája) egy platina szubsztrát tetején.

Moiré szuperrácsok

Kísérletükben, amelyről beszámolnak Nano Letters, Meyer és munkatársai azt találták, hogy a grafén moaré szuperrácsként ismert felépítményeket képez. Ezek a szerkezetek már nem teljesen laposak, és a súrlódásuk a sebességtől függően különböző módon pikkelyeket hoz létre.

Az atomisztikus molekuladinamikai szimulációk szerint a Oded Hod és a Michael UrbakhTel-Aviv-i kutatócsoportjai szerint a hatás mögött meghúzódó mechanizmus a moaré szuperrács gerincein kialakuló deformációból ered, amikor az AFM csúcsa a grafén/platina határfelületen mozog. A csúcs rugalmas deformációt indukál, amikor a gerincet nyomja, majd a gerinc ellazulását követi a hegyről való leváláskor, amikor előrecsúszik.

Alacsony AFM pásztázási sebességeknél a súrlódási erő kicsi és állandó marad (makroszkópikus viselkedésre emlékeztet), magyarázza Hod. Egy bizonyos küszöbsebesség felett viszont logaritmikusan növekszik. "Ez a küszöb annál alacsonyabb, minél nagyobb a moaré felépítmény mérete, ami lehetővé teszi a keresztezési érték hangolását a felületi csavarási szögön keresztül" - mondja Hod.

„Egyértelmű üzenet a gyakorlati alkalmazásokhoz”

„Eredményeink egyértelmű üzenetet adnak a gyakorlati alkalmazásokhoz” – teszi hozzá Urbakh. „Ahhoz, hogy kétdimenziós anyagbevonatokkal ultraalacsony súrlódást érjünk el, azokat úgy kell előkészíteni, hogy kis léptékű moaré mintákat hozzanak létre.”

A kutatók szerint az általuk megfigyelt mechanizmus a polikristályos anyagok esetében is releváns lehet, amelyekben szemcsehatárok vannak. Terveik szerint a jövőbeni munkájuk során ezeket részletesebben is tanulmányozzák. „Ebben az esetben a súrlódási energia disszipációját a szemcsehatárok hozzájárulása uralja” – mondja Hod. Fizika Világa. „Módszereket kívánunk találni a szemcsehatárokon fellépő súrlódás megszüntetésére, például egyedi negatív súrlódási együttható-rendszerek feltárásával, ahol a súrlódás a külső normál terhelés hatására csökken, ellentétben a közönséges fizikai megérzésekkel.”

Időbélyeg:

Még több Fizika Világa