NIMS, de Universiteit van Tokio en de Universiteit van Hiroshima hebben voor het eerst gezamenlijk ontdekt, door theoretische berekening en experiment, dat macroscopische wrijvingen die optreden tussen kleimineraaloppervlakken afkomstig zijn van interatomaire elektrostatische krachten tussen deze oppervlakken. Deze bevinding kan het ontwerp van vaste smeermiddelen en het begrip van aardbevingsveroorzakende foutslipmechanismen vergemakkelijken.

Wrijvingskrachten tussen de oppervlakken van gelaagde kristallen, zoals kleimineralen, zijn over het algemeen laag. Deze eigenschap wordt beschouwd als een oorzaak van aardverschuivingen en breukbewegingen in de natuur. Er zijn actieve inspanningen geleverd in onderzoek naar wrijving om wrijvingsverlagende vaste smeermiddelen te ontwikkelen en voor andere doeleinden. Er werd gedacht dat de oorsprong van wrijving tussen kleimineraaloppervlakken werd veroorzaakt door een soort bindingskrachten; echter, deze krachten werden niet in detail begrepen vanwege complexe invloeden van elektrostatische en intermoleculaire krachten tussen kleimineraaloppervlakken, kristallografische oriëntatieverschillen tussen deze oppervlakken, oppervlakteruwheid en de aanwezigheid van onzuiverheden.

Dit gezamenlijke onderzoeksteam bestudeerde muscoviet - een gelaagd kleimineraal - met vlakke en gladde oppervlakken op atomair niveau. Het team verwijderde eerst vocht uit de ruimte tussen de muscovietoppervlakken (20 cm x 40 cm in het gebied) door onder droge omstandigheden hoge druk uit te oefenen. Het team mat vervolgens de wrijvingskrachten tussen de muscovietoppervlakken op verschillende glijposities. Als resultaat, het team observeerde slijtagedeeltjes geproduceerd door versleten muscovietoppervlakken en ontdekte dat deze deeltjes het effect van kristallografische oriëntatie op wrijvingskrachten teniet hebben gedaan. Het team bepaalde ook de wrijvingskrachten die worden gegenereerd door de interatomaire elektrostatische krachten tussen contactoppervlakken te schatten met behulp van kwantummechanische berekeningen. aangenomen dat het effect van kristallografische oriëntatie op wrijvingskrachten nul is. De berekende wrijvingskrachten kwamen bijna perfect overeen met de experimentele resultaten. Dus, het onderzoeksteam bevestigde voor het eerst dat wrijvingen die optreden tussen de oppervlakken van kleimineralen van tientallen centimeters groot worden gecontroleerd door elektrostatische krachten op atomaire schaal.

In toekomstige studies, de onderzoekers hopen een theorie te ontwikkelen die de wrijvingssterkte in een breed scala aan kleimineralen zal verklaren, naast muscoviet. Een dergelijke theorie kan materiaalontwerprichtlijnen bieden voor wrijvingsverminderende vaste smeermiddelen en andere wrijvingsgerelateerde producten.