Frecarea la microscală depinde în mod neașteptat de viteza de alunecare

Frecarea la scara atomică pare să depindă de viteza cu care două suprafețe se deplasează una pe lângă cealaltă. Acest comportament surprinzător a fost observat pe măsură ce vârful unui microscop cu forță atomică (AFM) se mișcă de-a lungul unei acoperiri de grafen, iar cercetătorii de la universitățile din Basel din Elveția și Tel Aviv din Israel spun că rezultă din ondularea suprafeței indusă de o nepotrivire a structurii rețelei grafenului. . Constatarea, împreună cu observațiile conform cărora forța de frecare se scarifică diferit în diferite regimuri de viteză, ar putea avea aplicații în dispozitive precum hard disk-urile și componentele mobile din sateliți sau telescoape spațiale care necesită frecare ultrascăzută.

În obiectele de zi cu zi, macroscopice, frecarea este fie independentă de viteza de alunecare (conform legii lui Coulomb), fie dependentă liniar de aceasta (de exemplu în mediile vâscoase). La scara atomică însă, lucrurile stau diferit. În noua lucrare, o echipă condusă Ernst Meyer de la Institutul Elvețian de Nanoștiință si Departamentul de Fizică de la Universitatea din Basel a măsurat viteza cu care un microscop cu forță atomică (AFM) se mișcă pe un strat de grafen (o formă 2D de atomi de carbon aranjați într-o configurație asemănătoare fagurelor) deasupra unui substrat de platină.

Superlatice Moiré

În experimentul lor, pe care îl raportează Nano Scrisori, Meyer și colegii săi au descoperit că grafenul formează suprastructuri cunoscute sub numele de superrețele moiré. Aceste structuri nu mai sunt complet plate, iar frecarea pe care o produc se scalează în diferite moduri în funcție de regimul de viteză.

Conform simulărilor atomistice ale dinamicii moleculare de către Oded Hod și Michael UrbakhGrupurile de cercetare din Tel Aviv, mecanismul din spatele efectului provine din deformarea crestelor superlaticei moiré, pe măsură ce vârful AFM se mișcă de-a lungul interfeței grafen/platină. Vârful induce deformare elastică pe măsură ce împinge creasta, urmată de relaxarea crestei la desprinderea de vârf în timp ce alunecă înainte.

La viteze mici de scanare AFM, forța de frecare este mică și rămâne constantă (amintește de comportamentul macroscopic), explică Hod. Cu toate acestea, peste o anumită viteză de prag, aceasta crește logaritmic. „Acest prag este mai mic cu cât dimensiunea suprastructurii moiré este mai mare, permițând reglarea valorii de încrucișare prin unghiul de răsucire a interfeței”, spune Hod.

„Un mesaj clar pentru aplicații practice”

„Descoperirile noastre oferă un mesaj clar pentru aplicații practice”, adaugă Urbakh. „Pentru a obține o frecare ultrascăzută folosind acoperiri cu materiale bidimensionale, acestea ar trebui să fie pregătite astfel încât să producă modele moiré la scară mică.”

Efectele cuantice fac magnetena surprinzător de alunecos

Cercetătorii spun că mecanismul pe care l-au observat poate fi relevant și pentru materialele policristaline, în care sunt prezente limitele de cereale. Ei plănuiesc să le studieze mai detaliat în lucrările viitoare. „În acest caz, disiparea energiei de frecare este dominată de contribuția granițelor de cereale”, spune Hod. Lumea fizicii. „Intenționăm să găsim modalități de a elimina frecarea la granițele, de exemplu, prin explorarea regimurilor unice de coeficienți negativi de frecare, în care frecarea se reduce cu sarcini normale externe, spre deosebire de intuiția fizică obișnuită.”

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• Sursa: https://physicsworld.com/a/friction-at-the-microscale-depends-unexpectedly-on-sliding-speed/