Onderzoek uitgevoerd door wetenschappers van de Universiteit van Sydney en de Australian Nuclear Science and Technology Organization (ANSTO) heeft de complexe mechanismen op nanoschaal achter slijtage blootgelegd – een proces dat resulteert in het geleidelijke verlies van materiaal van het oppervlak van vaste voorwerpen als gevolg van herhaald contact en glijden tegen andere oppervlakken.

Slijtage is een belangrijke oorzaak van materiaalfalen en degradatie en heeft gevolgen voor een breed scala aan industrieën, waaronder productie, transport en energieproductie. Het begrijpen van de mechanismen achter slijtage op atomaire schaal is cruciaal voor het ontwikkelen van strategieën om de effecten ervan te verzachten en de duurzaamheid van materialen te verbeteren.

In hun onderzoek, gepubliceerd in het tijdschrift 'Nature Materials', gebruikte het onderzoeksteam een ​​combinatie van geavanceerde experimentele technieken en computersimulaties om het gedrag van materialen op nanoschaal tijdens slijtage te onderzoeken. Ze concentreerden zich op een proces dat bekend staat als 'fretting wear', dat optreedt wanneer twee oppervlakken in contact komen en worden blootgesteld aan trillingen met een kleine amplitude.

Met behulp van een op maat gemaakte atomic force microscoop (AFM) observeerden de onderzoekers de vorming en groei van slijtageafval op atomair niveau. Ze ontdekten dat slijtagedeeltjes worden gegenereerd door een combinatie van mechanismen, waaronder plastische vervorming, atomaire shuffling en het verbreken van chemische bindingen tussen atomen.

Het team voerde ook moleculaire dynamica-simulaties uit om meer inzicht te krijgen in de processen op atomaire schaal die betrokken zijn bij slijtage. Deze simulaties brachten het complexe samenspel aan het licht tussen oppervlakteruwheid, temperatuur en uitgeoefende spanning, die de vorming en vrijgave van slijtagedeeltjes beïnvloeden.

Het onderzoek biedt een fundamenteel inzicht in de mechanismen achter slijtage op atomaire schaal en biedt waardevolle inzichten voor de ontwikkeling van geavanceerde materialen met verbeterde slijtvastheid. Door deze processen op nanoschaal te beheersen, kan het mogelijk zijn materialen te ontwerpen die duurzamer zijn en minder gevoelig voor door slijtage veroorzaakt falen.

De bevindingen van dit onderzoek hebben brede implicaties voor industrieën die afhankelijk zijn van materialen die aan slijtage onderhevig zijn, zoals de automobiel-, ruimtevaart- en productiesector. Door de grondoorzaken van slijtage op atomair niveau te begrijpen, kunnen onderzoekers gerichte strategieën ontwikkelen om de impact ervan te minimaliseren en de levensduur van materialen te verlengen.