(Phys.org) -- In het fenomeen van supersmering, twee vaste oppervlakken kunnen bijna zonder wrijving langs elkaar schuiven. Het effect treedt op wanneer de vaste oppervlakken kristallijne structuren hebben en hun roosters zodanig worden geroteerd dat de wrijvingskracht wordt opgeheven. Een beetje zoals het stapelen van twee eierdozen, als de roosters zijn uitgelijnd, ze sluiten op elkaar aan en het is moeilijk om over elkaar heen te schuiven. Maar draai een eierdoos een beetje, en het sluit niet meer op deze manier.

Wetenschappers hebben in 2004 voor het eerst supersmering in grafiet waargenomen, en tot nu toe is al het experimentele bewijs van supersmering verkregen op nanoschaal en onder vacuümomstandigheden. Eerder onderzoek voorspelde zelfs dat supersmering op grotere schaal kapot gaat. Maar nu in een nieuwe studie, wetenschappers hebben aangetoond dat supersmering in grafiet kan optreden op microschaalgebieden en onder omgevingsomstandigheden, die de weg zou kunnen openen naar praktische toepassingen in micromechanische systemen.

De onderzoekers, geleid door Quanshui Zheng van de Tsinghua University in Beijing en de Nanchang University in Nanchang, China, en Jefferson Zhe Liu van de Monash University in Clayton, Australië, hebben hun paper over de supersmering op microschaal in grafiet gepubliceerd in een recent nummer van Fysieke beoordelingsbrieven .

“We leveren bewijs van supersmering op een veel grotere schaal dan voorheen – micro in plaats van nano – en het effect houdt zelfs in omgevingsomstandigheden aan, ” vertelde Zheng Phys.org . "We waren niet op de hoogte van het eerdere werk dat de afbraak van het effect voorspelde op het moment dat de eerste metingen werden gedaan - misschien was dat een geluk, want het weerhield ons er niet van om het te proberen!”

De eenvoudigste manier om supersmering waar te nemen, is wanneer twee vaste oppervlakken langs elkaar schuiven. In de huidige studie, de onderzoekers ontwikkelden een nieuwe manier om supersmering te meten door een wolfraam microtip te gebruiken om vlokken van grafietplaten te scheren, of "mesas." Bij het loslaten van het scheren, sommige vlokken keren spontaan terug naar hun oorspronkelijke positie op de plateaus, en dit proces van afschuiven en zelfintrekken kan steeds weer worden herhaald.

De wetenschappers legden uit dat de zelfterugtrekking het gevolg is van ultralage wrijving die optreedt tussen de vlok- en mesa-oppervlakken wanneer deze in een gedraaide, of onevenredig, manier.

Hoewel zelfintrekkende vlokken terugkeerden naar hun dezelfde posities en oriëntaties als vóór het scheren, de onderzoekers zouden opzettelijk geschoren vlokken kunnen roteren voordat ze worden losgelaten om een ​​evenredige oriëntatie te creëren, resulterend in vergrendelde toestanden, waaronder de vlokken geen zelfretractie vertoonden. Deze vergrendelde toestanden treden op bij een aantal specifieke oriëntaties die een zesvoudige symmetrie vertonen, maar zelfintrekking trad nog steeds op wanneer de mesa's in alle andere richtingen werden geschoren.

Bij het onderzoeken van de vlokken die zichzelf niet terugtrokken, vonden de onderzoekers abrupte variaties in de kleur van de geschoren vlokken, terwijl de kleur van zelfintrekkende vlokken uniform was. Ze denken dat de kleurvariatie optreedt als gevolg van optische interferentie als gevolg van diktevariaties in de grafietmesas. Grotere mesa's hebben grotere diktevariaties, evenals een kleinere kans op het vertonen van zelfterugtrekking.

Als het eerste bewijs van reproduceerbare supersmering op micronschaal, en zelfs onder omgevingsomstandigheden, de resultaten kunnen nuttiger zijn voor toepassingen dan superlubricity op nanoschaal. Op nanoschaal is het bereiken van supersmering vereist complexe opstellingen en monstervoorbereiding, en het effect kan gemakkelijk worden onderdrukt door verschillende mechanismen die draaien en vastlopen veroorzaken. De nieuwe manier om supersmering op microschaal te produceren, overwint veel van deze barrières, en kan worden gebruikt om wrijving en slijtage in micromechanische systemen te beperken.

“Er zijn veel micromechanische apparaten – bijvoorbeeld bewegingssensoren, radiofrequentiegeneratoren, gyroscopen - waarbij de relatieve beweging van twee delen belangrijk is, ' zei Liu. "Superlubricity opent een nieuwe weg voor het maken van dergelijke apparaten."

De onderzoekers zijn van plan om de mate van supersmering in de toekomst verder te onderzoeken.

“We werken al op verschillende fronten:om de superlubrische beweging in meer detail te bestuderen, om de uitbreidingen hiervan naar zowel grotere als kleinere schalen te verkennen, en om de robuustheid van het effect op lange termijn onder verschillende fysieke omstandigheden te bestuderen, ” zei co-auteur Francois Gray van Tsinghua University.

Copyright 2012 Phys.org
Alle rechten voorbehouden. Dit materiaal mag niet worden gepubliceerd, uitzending, geheel of gedeeltelijk herschreven of herverdeeld zonder de uitdrukkelijke schriftelijke toestemming van PhysOrg.com.