חיכוך במיקרו-סקאלה תלוי באופן בלתי צפוי במהירות ההחלקה

נראה שחיכוך בקנה מידה אטומי תלוי במהירות שבה שני משטחים נעים זה על פני זה. התנהגות מפתיעה זו נצפתה כאשר קצהו של מיקרוסקופ כוח אטומי (AFM) נע לאורך ציפוי גרפן, וחוקרים מאוניברסיטאות באזל בשוויץ ותל אביב בישראל טוענים כי היא נובעת מגלי פני השטח שנגרמו מחוסר התאמה במבנה הסריג של הגרפן. . הממצא, יחד עם תצפיות שכוח החיכוך מתרחב בצורה שונה במשטרי מהירות שונים, יכול להיות שימוש במכשירים כמו דיסקים קשיחים ורכיבים נעים בלוויינים או טלסקופי חלל הדורשים חיכוך נמוך במיוחד.

בעצמים יומיומיים, מקרוסקופיים, החיכוך אינו תלוי במהירות ההחלקה (לפי חוק קולומב) או תלוי בה באופן ליניארי (למשל במדיה צמיגה). אולם בקנה מידה אטומי, הדברים שונים. בעבודה החדשה הוביל צוות ארנסט מאייר מ המכון השוויצרי למדעי הננו ו המחלקה לפיזיקה באוניברסיטת באזל מדד את המהירות שבה נע מיקרוסקופ כוח אטומי (AFM) על פני שכבת גרפן (צורה דו-ממדית של אטומי פחמן המסודרים בתצורה דמוית חלת דבש) על גבי מצע פלטינה.

סריג סופר מואר

בניסוי שלהם, שבו הם מדווחים מדעי Nano Letters, מאייר ועמיתיו מצאו שגרפן יוצר מבני-על הידועים כ-moiré superlattices. מבנים אלה כבר אינם שטוחים לחלוטין, והחיכוך שהם מייצרים קשקשים בדרכים שונות בהתאם למשטר המהירויות.

לפי סימולציות דינמיות מולקולריות אטומיסטיות על ידי עודד הוד ו מייקל אורבאךקבוצות המחקר של תל אביב, המנגנון שמאחורי ההשפעה נובע מעיוות ברכסים של רשת הסופר-Moiré כאשר קצה ה-AFM נע לאורך ממשק הגרפן/פלטינה. הקצה גורם לעיוות אלסטי כשהוא דוחף על הרכס, ולאחר מכן הרפיית הרכס עם ניתוק מהקצה כשהוא מחליק קדימה.

במהירויות סריקה נמוכות של AFM, כוח החיכוך קטן ונשאר קבוע (מזכיר התנהגות מקרוסקופית), מסביר הוד. עם זאת, מעל מהירות סף מסוימת היא גדלה לוגריתמית. "הסף הזה נמוך יותר ככל שגודל המבנה העליון של המוריה גדול יותר, מה שמאפשר לכוון את ערך ההצלבה באמצעות זווית הפיתול של הממשק", אומר הוד.

"מסר ברור ליישומים מעשיים"

"הממצאים שלנו מספקים מסר ברור ליישומים מעשיים", מוסיף אורבאך. "כדי להשיג חיכוך נמוך במיוחד באמצעות ציפוי חומר דו מימדי, יש להכין אותם באופן שייצור דפוסי מוריה בקנה מידה קטן."

אפקטים קוונטיים הופכים את המגנטן לחלקלק באופן מפתיע

החוקרים אומרים שהמנגנון שהם צפו עשוי להיות רלוונטי גם לחומרים רב גבישיים, שבהם קיימים גבולות גרגרים. הם מתכננים ללמוד אותם ביתר פירוט בעבודה עתידית. "במקרה זה, פיזור אנרגיית החיכוך נשלט על ידי התרומה של גבולות התבואה", אומר הוד עולם הפיזיקה. "אנחנו מתכוונים למצוא דרכים לחסל את החיכוך בגבול התבואה, למשל על ידי חקירת משטרי מקדמי חיכוך שליליים ייחודיים, שבהם החיכוך מצטמצם עם עומסים נורמליים חיצוניים, בניגוד לאינטואיציה הפיזית הנפוצה."

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. ידע מוגבר. גישה כאן.
• מקור: https://physicsworld.com/a/friction-at-the-microscale-depends-unexpectedly-on-sliding-speed/