Трение в наномире

Компоненты автомобилей, протезы или даже крошечные датчики воздушных подушек должны скользить с минимальным трением, чтобы предотвратить потерю энергии и износ материалов.

Исследуя трение в наносистемах, ученые из Технического университета Мюнхена обнаружили неизвестный ранее тип трения, который проливает свет на некоторые необъяснимые ранее явления.

Трение вообще явление вездесущее, но от того не легче: оно вызывает износ и потерю энергии как в механизмах, так и в суставах. В поисках компонентов с низким трением физики под руководством профессоров Торстена Хагеля и Александра Холлейтнера открыли ранее неизвестный тип трения, который они назвали десорбцией прилипания.

Ученые исследовали, как и почему одинарные молекулы полимеров в разных растворителях скользят или прилипают к поверхности. Цель исследования состояла в том, чтобы понять основные законы физики в молекулярном масштабе для развития таргетных антифрикционных поверхностей и соответствующих смазок.

Для исследования ученые прикрепили молекулу полимера к нанометровому наконечнику высокочувствительного атомно-силового микроскопа. Затем молекулой исследователи провели по различным испытательным поверхностям, а с помощью микроскопа измерили итоговые силы, из которых уже можно было вывести поведение полимера.

Открыт новый механизм трения

Помимо двух ожидаемых механизмов трения, таких как прилипание и скольжение, ученые обнаружили еще один, характерных для определенных комбинаций полимера, растворителя и поверхности.

«Хотя полимер удерживается на поверхности, полимерную нить можно размотать в окружающем растворе без существенных усилий», описал явление Торстен Хагель. „Вероятно, причина в весьма незначительном внутреннем трении в полимерном мотке“.

Ключевой компонент — растворитель

Удивительно, но десорбция прилипания не зависит ни от скорости движения, ни от опорной поверхности или адгезивной силы полимера. Вместо них все решает химическая природа поверхности и качество растворителя. К примеру, гидрофобный пенопласт демонстрирует чистое скольжение, когда растворен в хлороформе. При этом в воде он проявляет десорбцию прилипания.

«Понимание, достигнутое благодаря измерению нами одномолекулярного трения, открывает новые возможности для сокращения трения», сообщил Александр Холлейтнер. „В будущем с целевой подготовкой полимеров будут создаваться новые поверхности, специфические для нанометрового и микрометрового диапазона“.

16.05.2013