Basit meta yüzeyler malzeme arayüzlerindeki sürtünme üzerinde kontrol sağlar - Fizik Dünyası

Fransa'daki araştırmacılar tarafından farklı malzemeler arasındaki arayüzlerdeki sürtünme kuvvetlerinin ince ayarı için yeni bir teknik geliştirildi. Julien Scheibert Lyon Üniversitesi'ndeki meslektaşları ve meslektaşları, cam ve elastomer numuneleri arasındaki arayüzde belirli sürtünme katsayıları oluşturmak için basit ve kolayca ayarlanabilen meta yüzeyler kullandılar.

Dokunmatik ekranlardan robotik ellere kadar sürtünmeli temaslar birçok modern cihazın önemli bir bileşenidir. Performanslarını optimize etmek için tasarımcıların malzeme arayüzlerindeki sürtünme kuvvetleri üzerinde sıkı kontrol kurmaları gerekir. Ancak yüzyıllarca süren dikkatli araştırmalara rağmen hala herhangi bir arayüzdeki sürtünme katsayısını tahmin etmek için güvenilir bir yönteme sahip değiliz.

Sürtünmeyi anlamadaki temel zorluk, yüzeylerde bulunan dokuların çok çeşitli olmasıdır. Yüzey özelliklerinin boyutu, atom ölçeğinden milimetre ölçeğine kadar çeşitli büyüklükte olabilir. Bu özelliklerin tümü iki yüzey arasındaki sürtünmeyi etkileyebileceğinden, ilk prensiplerden sürtünme katsayılarını hesaplamak genellikle inanılmaz derecede zordur.

Şu anda yüzeyler arasındaki sürtünmeyi optimize etmek için iki ana teknik vardır. Yöntemlerden biri, doğru miktarda sürtünmeye maruz kalan bir çift malzemeyi seçmektir. Ancak çoğu zaman bu malzemelerin belirli bir uygulama için gerekli olan diğer özelliklere (termal, elektriksel vb.) sahip olmadığı durumlar da vardır.

Zayıf anlayış

Scheibert, "İkinci teknik, yüzeylerde yapay mikro dokular oluşturmaktır" diye açıklıyor. "Ancak doku ve sürtünme arasındaki ilişki yeterince anlaşılmadığından, uygun dokular genellikle yalnızca uzun ve maliyetli deneysel kampanyalardan sonra belirlenir."

Scheibert'in ekibi, çalışmalarında, küresel başlıkların kare dizilerinden oluşan çok basit meta yüzeyler kullanarak mikro dokusal yaklaşımı geliştirdi. Her bir kapağa diğer kapaklara göre belirli bir yükseklik verilebilir (şekle bakın).

Scheibert, "Bu koşullarda, arayüzün [sürtünme] tepkisi doğru bir şekilde modellenebilir ve hedeflenen sürtünme davranışını sunan yüksekliklerin listesi, yüzeyleri fiilen üretmeden önce belirlenebilir," diye açıklıyor Scheibert. Bu şekilde ekip, ilk denemede istenen düzeyde arayüzey sürtünmesini elde etmek için farklı dokular tasarlayabildi.

Araştırmacılar, kauçuk benzeri bir elastomerin santimetre boyutunda örnekleri üzerinde meta yüzeyler hazırlayarak yaklaşımlarını test ettiler. Her yüzeyde elastomerden yapılmış 64 küresel başlıktan oluşan bir kafes bulunuyordu. Her bir başlığın yüzeyden çıktığı yükseklik ayrı ayrı ayarlanarak ekibin farklı meta yüzeyler oluşturmasına olanak sağlanır.

Sürtünme, meta yüzeyin üstüne düz bir cam parçası yerleştirilerek ve cam meta yüzey boyunca sürüklenirken aşağı doğru bastırılarak ölçülür. Meta yüzeylerin yapısını sistematik bir şekilde ayarlayarak arayüzde belirli sürtünme katsayıları oluşturulabilir.

İki farklı sürtünme katsayısı

Yaklaşım, sürtünme kuvvetlerinin ilk prensip hesaplamalarına ihtiyaç duymadan ve malzemelerin herhangi bir özelliğini değiştirmeden işe yaradı. Scheibert, "Dahası, arayüze uygulanan sıkıştırma düzeyine bağlı olan iki farklı sürtünme katsayısına sahip bağlantılar hazırladık; bu, doğası gereği çok nadir görülen bir davranıştır" diye ekliyor.

Halatlarda ve ipliklerde ağır kaldırmayı sürtünme yapar

Bu hızlı ve uygun maliyetli yaklaşımla Scheibert'in ekibi, deneylerinde bilinen çeşitli sürtünme yasalarını yeniden üretmeyi başardı: arayüzey boyunca kesme kuvvetleri arttıkça sürtünme katsayısının sabit kaldığı doğrusal yasalar dahil; ve bu katsayının kesme kuvvetine göre değiştiği daha karmaşık doğrusal olmayan yasalar.

Araştırmacılar, tekniklerini daha da geliştirdikçe, ayarlanabilir metayüzey yaklaşımları için geniş bir uygulama yelpazesi öngörüyorlar. Scheibert, "Belirli bir sürtünme davranışına uygun temas arayüzleri oluşturmak, tribolojide Kutsal Kase'dir" diyor.

"Tasarım stratejimiz bu tür sürtünmeli arayüzleri hazırlamak için yeni araçlar sağlıyor. Bu, spordan yumuşak robotiğe kadar çeşitli zorlu alanlarda potansiyel olarak fırsatlar yaratabilir. Sensörler ve aktüatörlerle daha fazla donatılırsa meta arayüzlerimiz, gerçek zamanlı sürtünme ayarına sahip akıllı iletişim arayüzleri vaadini bile yerine getirir."

Araştırma şu şekilde açıklanmaktadır: Bilim.

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
• PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
• PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
• PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://physicsworld.com/a/simple-metasurfaces-offer-control-over-friction-at-material-interfaces/