Wrijving op microschaal hangt onverwachts af van de glijsnelheid

Wrijving op atomaire schaal lijkt af te hangen van de snelheid waarmee twee oppervlakken langs elkaar heen bewegen. Dit verrassende gedrag werd waargenomen toen de punt van een atoomkrachtmicroscoop (AFM) langs een grafeencoating beweegt, en onderzoekers van de universiteiten van Basel in Zwitserland en Tel Aviv in Israël zeggen dat het het gevolg is van oppervlaktegolving veroorzaakt door een mismatch in de roosterstructuur van grafeen . De bevinding, samen met waarnemingen dat de wrijvingskracht anders schaalt in verschillende snelheidsregimes, zou toepassingen kunnen hebben in apparaten zoals harde schijven en bewegende componenten in satellieten of ruimtetelescopen die ultralage wrijving vereisen.

In alledaagse, macroscopische objecten is wrijving onafhankelijk van de glijsnelheid (volgens de wet van Coulomb) of er lineair van afhankelijk (bijvoorbeeld in stroperige media). Op atomaire schaal liggen de zaken echter anders. In het nieuwe werk leidde een team Ernst Meijer van het Zwitsers Nanowetenschappelijk Instituut en Afdeling Natuurkunde aan de Universiteit van Basel gemeten de snelheid waarmee een atoomkrachtmicroscoop (AFM) over een laag grafeen beweegt (een 2D-vorm van koolstofatomen gerangschikt in een honingraatachtige configuratie) bovenop een platinasubstraat.

Moiré superroosters

In hun experiment, waarin ze rapporteren Nano Letters, ontdekten Meyer en collega's dat grafeen superstructuren vormt die bekend staan ​​​​als moiré-superroosters. Deze structuren zijn niet langer volledig vlak en de wrijving die ze produceren, schaalt op verschillende manieren, afhankelijk van het snelheidsregime.

Volgens atomistische moleculaire dynamische simulaties door Oded Hod en Michaël Urbach's onderzoeksgroepen in Tel Aviv, is het mechanisme achter het effect afkomstig van vervorming aan de richels van het moiré-superrooster wanneer de punt van de AFM langs de grafeen/platina-interface beweegt. De punt veroorzaakt elastische vervorming wanneer deze op de rand drukt, gevolgd door ontspanning van de rand wanneer deze loskomt van de punt terwijl deze naar voren schuift.

Bij lage AFM-scansnelheden is de wrijvingskracht klein en blijft deze constant (wat doet denken aan macroscopisch gedrag), legt Hod uit. Boven een bepaalde drempelsnelheid neemt deze echter logaritmisch toe. "Deze drempel is lager naarmate de moiré-bovenbouw groter is, waardoor de crossover-waarde via de grensvlakdraaihoek kan worden afgestemd", zegt Hod.

“Een duidelijke boodschap voor praktische toepassingen”

"Onze bevindingen bieden een duidelijke boodschap voor praktische toepassingen", voegt Urbakh toe. "Om ultralage wrijving te bereiken met behulp van tweedimensionale materiaalcoatings, moeten ze zo worden voorbereid dat ze kleinschalige moiré-patronen produceren."

Kwantumeffecten maken magneteen verrassend glad

De onderzoekers zeggen dat het mechanisme dat ze hebben waargenomen ook relevant kan zijn voor polykristallijne materialen, waarin korrelgrenzen aanwezig zijn. Ze zijn van plan om deze in meer detail te bestuderen in toekomstig werk. "In dit geval wordt de dissipatie van wrijvingsenergie gedomineerd door de bijdrage van de korrelgrenzen", vertelt Hod Natuurkunde wereld. "We zijn van plan manieren te vinden om wrijving op de korrelgrens te elimineren, bijvoorbeeld door unieke negatieve wrijvingscoëfficiëntregimes te onderzoeken, waarbij wrijving vermindert met externe normale belastingen, in tegenstelling tot de gebruikelijke fysieke intuïtie."

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• Bron: https://physicsworld.com/a/friction-at-the-microscale-depends-unexpectedly-on-sliding-speed/