Трение на микроуровне неожиданно зависит от скорости скольжения.

Трение в атомном масштабе, по-видимому, зависит от скорости, с которой две поверхности движутся относительно друг друга. Это удивительное поведение наблюдалось, когда игла атомно-силового микроскопа (АСМ) двигалась вдоль графенового покрытия, и исследователи из университетов Базеля в Швейцарии и Тель-Авива в Израиле говорят, что это происходит из-за гофрирования поверхности, вызванного несоответствием структуры решетки графена. . Этот вывод вместе с наблюдениями о том, что сила трения по-разному масштабируется в разных режимах скорости, может найти применение в таких устройствах, как жесткие диски и движущиеся компоненты спутников или космических телескопов, для которых требуется сверхнизкое трение.

В повседневных макроскопических объектах трение либо не зависит от скорости скольжения (согласно закону Кулона), либо линейно зависит от нее (например, в вязких средах). Однако в атомном масштабе все обстоит иначе. В новой работе команда возглавила Эрнст Мейер из Швейцарский институт нанотехнологий и Факультет физики Базельского университета измерили скорость, с которой атомно-силовой микроскоп (АСМ) перемещается по слою графена (двумерная форма атомов углерода, расположенных в сотовой конфигурации) на платиновой подложке.

Муаровые сверхрешетки

В своем эксперименте, о котором они сообщают в Nano Letters, Мейер и его коллеги обнаружили, что графен образует сверхструктуры, известные как муаровые сверхрешетки. Эти структуры больше не являются абсолютно плоскими, и создаваемое ими трение масштабируется по-разному в зависимости от скоростного режима.

Согласно атомистическому молекулярно-динамическому моделированию, проведенному Одед Ход и Михаил Урбахисследовательской группы в Тель-Авиве, механизм, лежащий в основе эффекта, связан с деформацией гребней муаровой сверхрешетки, когда кончик АСМ движется вдоль границы раздела графен/платина. Наконечник вызывает упругую деформацию, когда он давит на гребень, за которым следует релаксация гребня при отделении от наконечника, когда он скользит вперед.

При низких скоростях сканирования АСМ сила трения мала и остается постоянной (напоминает макроскопическое поведение), объясняет Ход. Однако выше определенного порога скорость увеличивается логарифмически. «Этот порог тем ниже, чем больше размер муаровой суперструктуры, что позволяет настраивать значение кроссовера с помощью угла закручивания границы раздела», — говорит Ход.

«Четкое сообщение для практических приложений»

«Наши результаты дают четкий сигнал для практического применения», — добавляет Урбах. «Чтобы добиться сверхнизкого трения с использованием двумерных покрытий, они должны быть подготовлены таким образом, чтобы создавать мелкомасштабные муаровые узоры».

Квантовые эффекты делают магнетен удивительно скользким

Исследователи говорят, что наблюдаемый ими механизм может также иметь отношение к поликристаллическим материалам, в которых присутствуют границы зерен. Они планируют изучить их более подробно в будущей работе. «В этом случае в диссипации энергии трения преобладает вклад границ зерен», — говорит Ход. Мир физики. «Мы намерены найти способы устранения трения по границам зерен, например, исследуя уникальные режимы с отрицательным коэффициентом трения, в которых трение уменьшается с внешними нормальными нагрузками, в отличие от обычной физической интуиции».

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• Платоблокчейн. Интеллект метавселенной Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• Источник: https://physicsworld.com/a/friction-at-the-microscale-depends-unexpectedly-on-sliding-speed/