Контроль трения можно осуществлять, настраивая Ван-дер-Ваальсовы силы

Для того чтобы автомобиль ускорился, необходимо, чтобы между шиной и поверхностью дорожного полотна возникло трение.

Объем произведенного трения зависит от множества факторов, включая межмолекулярные силы, действующие между двумя контактирующими поверхностями, или Ван-дер-Ваальсовы силы.

Важность этих межмолекулярных взаимодействий в производстве трения известна давно, но экспериментально продемонстрирована лишь теперь группой ученых во главе с профессором физики Карин Якобс из Саарского университета и профессором Роландом Бенневицем из института новых материалов Лейбница.

Ученые показали, что трение, действующее на поверхности материала, находится под влиянием структуры подповерхностного слоя.

Трение — это ежедневное явление, которое иногда необходимо (чтобы машина ускорилась), а иногда нежелательно (например, в двигателе и коробке передач того же автомобиля оно увеличивает энергопотребление). Для множества ученых и инженеров возможность контролировать трение является приоритетной мечтой. И вот теперь ученые обнаружили, что сила трения зависит от состава подповерхностных материалов.

Работа вовлекала подробный анализ межмолекулярных сил, действующих между двумя материалами. Чтобы изменить эти силы, исследователи использовали полируемые монокристаллические кремниевые подложки.

«Подложки покрыты слоями диоксида кремния разной толщины и подобны используемым в полупроводниковой промышленности подложкам», пояснила профессор Якобс.

Ученые точно измерили трение между слоями диоксида кремния (SiO2) разной толщины и 200-нанометровым наконечником атомного силового микроскопа. Физики с удивление обнаружили, что, несмотря на то, что верхний слой подложки почти всегда состоит только из диоксида кремния, наконечник атомного силового микроскопа испытывает разные силы трения в зависимости от толщины слоя диоксида кремния.

«Чем тоньше слой диоксида, тем выше трение», уточнила Якобс.

Исследование показало, что силы трения в зависимости от толщины слоя диоксида кремния различались на величины в диапазоне 30%. Эффект наблюдался в том числе тогда, когда кремниевые подложки были покрыты водоотталкивающим монослоем силановых молекул (длинноцепочечные углеводороды).

«Результаты исследования имеют большое значение для множества практических применений», сказала профессор Якобс. „Поскольку Ван-дер-Ваальсовы силы зависят от состава материала на глубине до ста нанометров, тщательная разработка структуры слоя на поверхности материала способна сократить трение. Это дает нам еще один подход к управлению трением помимо использования смазок“.

22.07.2013