Trenje na mikroskali je nepričakovano odvisno od hitrosti drsenja

Zdi se, da je trenje na atomski lestvici odvisno od hitrosti, s katero se dve površini premikata druga mimo druge. To presenetljivo vedenje so opazili, ko se konica mikroskopa na atomsko silo (AFM) premika vzdolž grafenske prevleke, in raziskovalci na univerzah v Baslu v Švici in Tel Avivu v Izraelu pravijo, da je posledica površinske valovitosti, ki jo povzroča neskladje v mrežni strukturi grafena. . Ugotovitev, skupaj z opažanji, da se sila trenja različno spreminja v različnih režimih hitrosti, bi lahko imela aplikacije v napravah, kot so trdi diski in gibljive komponente v satelitih ali vesoljskih teleskopih, ki zahtevajo izjemno nizko trenje.

Pri vsakdanjih, makroskopskih objektih je trenje neodvisno od hitrosti drsenja (po Coulombovem zakonu) ali linearno odvisno od nje (na primer v viskoznih medijih). Na atomski lestvici pa so stvari drugačne. V novem delu je ekipa vodila Ernst Meyer Iz Švicarski inštitut za nanoznanost in Oddelek za fiziko na Univerzi v Baslu izmeril hitrost, s katero se mikroskop na atomsko silo (AFM) premika čez plast grafena (2D oblika ogljikovih atomov, razporejenih v satovju podobno konfiguracijo) na vrhu platinaste podlage.

Moiréjeve supermreže

V svojem poskusu, o katerem poročajo v Nano Pisma, Meyer in sodelavci so ugotovili, da grafen tvori superstrukture, znane kot moiré supermreže. Te strukture niso več popolnoma ravne in trenje, ki ga povzročajo, se na različne načine spreminja glede na režim hitrosti.

Glede na atomistične molekularne dinamične simulacije s Oded Hod in Michael Urbakhraziskovalne skupine v Tel Avivu, mehanizem za učinkom izvira iz deformacije na grebenih supermreže moiré, ko se konica AFM premika vzdolž vmesnika grafen/platina. Konica sproži elastično deformacijo, ko potiska na greben, čemur sledi sprostitev grebena, ko se loči od konice, ko drsi naprej.

Pri nizkih hitrostih skeniranja AFM je sila trenja majhna in ostaja konstantna (spominja na makroskopsko vedenje), pojasnjuje Hod. Nad določeno mejno hitrostjo pa logaritemsko narašča. "Ta prag je nižji, večja je velikost moiré nadgradnje, kar omogoča nastavitev vrednosti križanja prek medfaznega kota zasuka," pravi Hod.

"Jasno sporočilo za praktične aplikacije"

"Naše ugotovitve zagotavljajo jasno sporočilo za praktične aplikacije," dodaja Urbakh. "Da bi dosegli izjemno nizko trenje z dvodimenzionalnimi materialnimi prevlekami, jih je treba pripraviti tako, da proizvajajo moiré vzorce v majhnem obsegu."

Zaradi kvantnih učinkov je magneten presenetljivo spolzek

Raziskovalci pravijo, da je mehanizem, ki so ga opazili, lahko pomemben tudi za polikristalne materiale, v katerih so prisotne meje zrn. Te nameravajo podrobneje preučiti v prihodnjem delu. "V tem primeru pri disipaciji energije zaradi trenja prevladuje prispevek meja zrn," pravi Hod Svet fizike. "Nameravamo najti načine za odpravo trenja na mejah zrn, na primer z raziskovanjem edinstvenih režimov negativnega koeficienta trenja, kjer se trenje zmanjša z zunanjimi normalnimi obremenitvami, v nasprotju s splošno fizično intuicijo."

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• vir: https://physicsworld.com/a/friction-at-the-microscale-depends-unexpectedly-on-sliding-speed/