Om een ​​auto te laten accelereren, moet er wrijving zijn tussen de band en het wegdek. De hoeveelheid wrijving die wordt gegenereerd, hangt af van tal van factoren, inclusief de minieme intermoleculaire krachten die werken tussen de twee oppervlakken in contact - de zogenaamde van der Waals-krachten. Het belang van deze intermoleculaire interacties bij het genereren van wrijving is al lang bekend, maar is nu voor het eerst experimenteel aangetoond door een onderzoeksteam onder leiding van natuurkundeprofessor Karin Jacobs van de Universiteit van Saarland en professor Roland Bennewitz van het Leibniz Institute for New Materials (INM). interessant, het onderzoeksteam heeft aangetoond dat de wrijving die op een materiaaloppervlak werkt, wordt beïnvloed door de structuur van de ondergrondse lagen.

Wrijving is een alledaags fenomeen dat soms wenselijk is (waardoor auto's kunnen accelereren) en soms niet (wrijving in de vorm van voertuigweerstand en wrijving in de motor en het transmissiesysteem verhogen het energieverbruik van de auto). Voor veel wetenschappers en ingenieurs het vermogen om wrijving te beheersen staat daarom bovenaan hun verlanglijstje. Een mogelijke benadering voor het beheersen van wrijving is zojuist gepubliceerd door onderzoekers van Saarland University en INM. Ze hebben ontdekt dat wrijvingskracht wordt beïnvloed door de samenstelling van de materialen onder het oppervlak.

Het werk van de wetenschappers van Saarbrücken omvatte het nader bekijken van de intermoleculaire krachten die tussen twee materialen werken. Om deze krachten te kunnen variëren, werkten de onderzoekers met gepolijste, monokristallijne siliciumwafels. 'De wafels zijn bedekt met siliciumdioxidelagen van verschillende diktes en zijn vergelijkbaar met die in de halfgeleiderindustrie, ' legt Karin Jacobs uit, Hoogleraar Experimentele Fysica aan de Universiteit van Saarland.

Het team van Jacobs heeft nauwkeurig de wrijving gemeten tussen siliciumdioxide (SiO ₂ ) lagen van verschillende diktes en de 200 nm punt van een atoomkrachtmicroscopiesonde door de punt zorgvuldig over het wafeloppervlak te scannen. Wat de natuurkundigen ontdekten was verrassend:hoewel de bovenste laag van het oppervlak altijd puur uit SiO . bestond ₂ , de punt van de atoomkrachtmicroscoop ondervond verschillende wrijvingskrachten, afhankelijk van de dikte van de siliciumdioxidelaag. 'Hoe dunner de oxidelaag, hoe groter de wrijving, ' zei Jacobs. Uit het onderzoek bleek dat de wrijvingskrachten die verband houden met de wafels tot wel 30 procent verschilden, afhankelijk van de dikte van het SiO ₂ laag. Het effect werd ook waargenomen wanneer de siliciumwafels werden bedekt met een waterafstotende monolaag van silaanmoleculen (langeketenkoolwaterstoffen).

'De resultaten van ons onderzoek hebben belangrijke implicaties voor veel praktische toepassingen, ' zei professor Jacobs. 'Omdat de sterkte van de van der Waals-krachten afhangt van de samenstelling van een materiaal tot diepten tot 100 nanometer, het zorgvuldig ontwerpen van de laagstructuur aan het oppervlak van een materiaal kan wrijving verminderen. Dit geeft ons een andere manier om wrijving te beheersen naast het gevestigde gebruik van smeermiddelen.'