Tarcie w mikroskali zależy nieoczekiwanie od prędkości poślizgu

Wydaje się, że tarcie w skali atomowej zależy od prędkości, z jaką dwie powierzchnie mijają się. To zaskakujące zachowanie zaobserwowano, gdy końcówka mikroskopu sił atomowych (AFM) porusza się wzdłuż powłoki grafenowej, a naukowcy z uniwersytetów w Bazylei w Szwajcarii i Tel Awiwie w Izraelu twierdzą, że wynika to z pofałdowania powierzchni wywołanego niedopasowaniem w strukturze sieciowej grafenu . Odkrycie, wraz z obserwacjami, że siła tarcia skaluje się inaczej w różnych reżimach prędkości, może mieć zastosowanie w urządzeniach takich jak dyski twarde i ruchome elementy satelitów lub teleskopów kosmicznych, które wymagają bardzo niskiego tarcia.

W makroskopowych obiektach codziennego użytku tarcie jest albo niezależne od prędkości poślizgu (zgodnie z prawem Coulomba), albo liniowo od niej zależne (np. w ośrodkach lepkich). Jednak w skali atomowej sprawy mają się inaczej. W nowej pracy kierował zespołem Ernsta Meyera z Szwajcarski Instytut Nanonauki oraz Wydział Fizyki Uniwersytetu w Bazylei zmierzyli prędkość, z jaką mikroskop sił atomowych (AFM) porusza się po warstwie grafenu (dwuwymiarowa forma atomów węgla ułożonych w konfiguracji przypominającej plaster miodu) na platynowym podłożu.

Supersieci mory

W swoim eksperymencie, w którym relacjonują nano Letters, Meyer i współpracownicy odkryli, że grafen tworzy nadbudowy znane jako supersieci mory. Struktury te nie są już całkowicie płaskie, a wytwarzane przez nie tarcie skaluje się na różne sposoby w zależności od reżimu prędkości.

Według atomistycznych symulacji dynamiki molekularnej wg Oded Hod i Michał Urbachgrup badawczych w Tel Awiwie, mechanizm stojący za tym efektem pochodzi z deformacji grzbietów supersieci mory, gdy końcówka AFM porusza się wzdłuż granicy faz grafen/platyna. Końcówka powoduje sprężyste odkształcenie, gdy naciska na grzbiet, po czym następuje rozluźnienie grzbietu po odłączeniu od czubka, gdy przesuwa się do przodu.

Przy niskich prędkościach skanowania AFM siła tarcia jest niewielka i pozostaje stała (przypomina zachowanie makroskopowe), wyjaśnia Hod. Jednak powyżej pewnego progu prędkość wzrasta logarytmicznie. „Ten próg jest tym niższy, im większy jest rozmiar nadbudowy mory, co pozwala na dostrojenie wartości przejścia poprzez kąt skręcenia międzyfazowego” — mówi Hod.

„Jasny przekaz dla praktycznych zastosowań”

„Nasze odkrycia dostarczają jasnego przesłania do zastosowań praktycznych” — dodaje Urbakh. „Aby uzyskać ultraniskie tarcie przy użyciu dwuwymiarowych powłok materiałowych, należy je przygotować w taki sposób, aby tworzyły wzory mory w małej skali”.

Efekty kwantowe sprawiają, że magneten jest zaskakująco śliski

Naukowcy twierdzą, że obserwowany przez nich mechanizm może mieć również znaczenie dla materiałów polikrystalicznych, w których występują granice ziaren. Planują zbadać je bardziej szczegółowo w przyszłych pracach. „W tym przypadku rozpraszanie energii tarcia jest zdominowane przez udział granic ziaren” – mówi Hod Świat Fizyki. „Zamierzamy znaleźć sposoby na wyeliminowanie tarcia na granicach ziaren, na przykład poprzez zbadanie unikalnych reżimów ujemnego współczynnika tarcia, w których tarcie zmniejsza się wraz z normalnymi obciążeniami zewnętrznymi, w przeciwieństwie do powszechnej intuicji fizycznej”.

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• Platoblockchain. Web3 Inteligencja Metaverse. Wzmocniona wiedza. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://physicsworld.com/a/friction-at-the-microscale-depends-unexpectedly-on-sliding-speed/