微尺度的摩擦出乎意料地取决于滑动速度

原子级的摩擦力似乎取决于两个表面相互移动的速度。 当原子力显微镜 (AFM) 的尖端沿着石墨烯涂层移动时观察到这种令人惊讶的行为，瑞士巴塞尔大学和以色列特拉维夫大学的研究人员表示，这是由石墨烯晶格结构不匹配引起的表面波纹引起的. 这一发现，连同摩擦力在不同速度范围内的比例不同的观察结果，可能会应用于需要超低摩擦的设备，例如硬盘和卫星或太空望远镜中的移动部件。

在日常宏观物体中，摩擦力要么与滑动速度无关（根据库仑定律），要么与其线性相关（例如在粘性介质中）。 然而，在原子尺度上，情况就不同了。 在新的工作中，一个团队领导 恩斯特·迈耶（Ernst Meyer） 来自 瑞士纳米科学研究所 和 巴塞尔大学物理系 测量了原子力显微镜 (AFM) 在铂基板上移动穿过石墨烯层（以蜂窝状配置排列的二维形式的碳原子）的速度。

莫尔超晶格

在他们报告的实验中 纳米快报, Meyer 和他的同事发现石墨烯形成了被称为莫尔超晶格的超结构。 这些结构不再是完全平坦的，它们产生的摩擦力会根据速度状态以各种方式缩放。

根据原子分子动力学模拟 奥德霍德 和 迈克尔·乌巴赫在特拉维夫的研究小组中，这种效应背后的机制来自于原子力显微镜尖端沿石墨烯/铂界面移动时莫尔超晶格脊的变形。 尖端在推动脊时引起弹性变形，然后在向前滑动时从尖端脱离时脊松弛。

Hod 解释说，在低 AFM 扫描速度下，摩擦力很小并且保持恒定（让人联想到宏观行为）。 然而，超过某个阈值速度时，它会以对数方式增加。 “摩尔上层结构的尺寸越大，这个阈值越低，允许通过界面扭曲角调整交叉值，”Hod 说。

“实际应用的明确信息”

“我们的发现为实际应用提供了明确的信息，”Urbakh 补充道。 “为了使用二维材料涂层实现超低摩擦，它们应该以产生小规模莫尔图案的方式进行制备。”

量子效应使磁体出奇地滑

研究人员表示，他们观察到的机制也可能与存在晶界的多晶材料有关。 他们计划在未来的工作中更详细地研究这些。 “在这种情况下，摩擦能量耗散主要由晶界的贡献决定，”霍德说 物理世界. “我们打算找到消除晶界摩擦的方法，例如通过探索独特的负摩擦系数机制，其中摩擦随外部正常载荷而减少，这与常见的物理直觉相反。”

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• Sumber: https://physicsworld.com/a/friction-at-the-microscale-depends-unexpectedly-on-sliding-speed/