Ma sát ở cấp độ vi mô phụ thuộc bất ngờ vào tốc độ trượt

Ma sát ở cấp độ nguyên tử dường như phụ thuộc vào tốc độ mà hai bề mặt di chuyển qua nhau. Hành vi đáng ngạc nhiên này được quan sát thấy khi đầu của kính hiển vi lực nguyên tử (AFM) di chuyển dọc theo lớp phủ graphene và các nhà nghiên cứu tại các trường đại học Basel ở Thụy Sĩ và Tel Aviv ở Israel cho biết nó là kết quả của nếp gấp bề mặt gây ra bởi sự không khớp trong cấu trúc mạng của graphene . Phát hiện này, cùng với các quan sát cho thấy lực ma sát có tỷ lệ khác nhau trong các chế độ vận tốc khác nhau, có thể có ứng dụng trong các thiết bị như đĩa cứng và các bộ phận chuyển động trong vệ tinh hoặc kính viễn vọng không gian yêu cầu ma sát cực thấp.

Trong các vật thể vĩ mô, hàng ngày, lực ma sát hoặc không phụ thuộc vào tốc độ trượt (theo định luật Coulomb) hoặc phụ thuộc tuyến tính vào nó (ví dụ như trong môi trường nhớt). Tuy nhiên, ở quy mô nguyên tử, mọi thứ lại khác. Trong công việc mới, một nhóm lãnh đạo Ernst Meyer từ Viện khoa học nano Thụy Sĩ và Khoa Vật lý tại Đại học Basel đã đo tốc độ mà kính hiển vi lực nguyên tử (AFM) di chuyển qua một lớp graphene (dạng 2D của các nguyên tử carbon được sắp xếp theo cấu hình giống như tổ ong) trên bề mặt bạch kim.

siêu mạng Moiré

Trong thí nghiệm của họ, mà họ báo cáo trong Chữ Nano, Meyer và các đồng nghiệp đã phát hiện ra rằng graphene hình thành cấu trúc thượng tầng được gọi là siêu mạng moiré. Những cấu trúc này không còn hoàn toàn bằng phẳng, và lực ma sát mà chúng tạo ra có quy mô theo nhiều cách khác nhau tùy thuộc vào chế độ vận tốc.

Theo mô phỏng động lực học phân tử nguyên tử của Oded Hod và Michael Urbakhcủa các nhóm nghiên cứu ở Tel Aviv, cơ chế đằng sau hiệu ứng này xuất phát từ sự biến dạng ở các đường vân của siêu mạng moiré khi đầu AFM di chuyển dọc theo giao diện graphene/bạch kim. Đầu nhọn gây ra biến dạng đàn hồi khi nó đẩy vào gờ, tiếp theo là gờ giãn ra khi tách ra khỏi đầu khi nó trượt về phía trước.

Ở vận tốc quét AFM thấp, lực ma sát nhỏ và không đổi (gợi nhớ đến hành vi vĩ mô), Hod giải thích. Tuy nhiên, trên một vận tốc ngưỡng nhất định, nó tăng logarit. Hod cho biết: “Ngưỡng này càng thấp thì kích thước của cấu trúc thượng tầng moiré càng lớn, cho phép điều chỉnh giá trị chéo thông qua góc xoắn giữa các bề mặt,” Hod nói.

“Thông điệp rõ ràng cho ứng dụng thực tế”

“Những phát hiện của chúng tôi cung cấp một thông điệp rõ ràng cho các ứng dụng thực tế,” Urbakh cho biết thêm. “Để đạt được ma sát cực thấp bằng cách sử dụng các lớp phủ vật liệu hai chiều, chúng nên được chuẩn bị theo cách tạo ra các mẫu moiré quy mô nhỏ.”

Hiệu ứng lượng tử làm cho magnetene trơn trượt một cách đáng ngạc nhiên

Các nhà nghiên cứu cho biết cơ chế mà họ quan sát được cũng có thể phù hợp với các vật liệu đa tinh thể, trong đó có các ranh giới hạt. Họ dự định nghiên cứu những điều này chi tiết hơn trong công việc trong tương lai. “Trong trường hợp này, sự tiêu tán năng lượng do ma sát bị chi phối bởi sự đóng góp của các ranh giới hạt,” Hod nói Thế giới vật lý. “Chúng tôi dự định tìm cách loại bỏ ma sát ranh giới hạt, ví dụ bằng cách khám phá các chế độ hệ số ma sát âm độc đáo, trong đó ma sát giảm với tải trọng bình thường bên ngoài, trái ngược với trực giác vật lý thông thường.”

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Khuếch đại kiến ​​thức. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://physicsworld.com/a/friction-at-the-microscale-depends-unexpectedly-on-sliding-speed/