Wrijving beïnvloedt beweging, vandaar de noodzaak om wrijvingskrachten te beheersen. Momenteel, dit wordt bereikt door mechanische middelen of smering, maar experimenten uitgevoerd door onderzoekers van het Oak Ridge National Laboratory van het Department of Energy hebben een manier ontdekt om wrijving op ionische oppervlakken op nanoschaal te beheersen met behulp van elektrische stimulatie en omgevingswaterdamp.

Het onderzoek, die een nieuw fysiek effect laat zien, werd uitgevoerd in het Center for Nanophase Materials Sciences, een DOE Office of Science User Facility bij ORNL, en is gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschappelijke rapporten .

"Onze bevinding kan een aanzienlijke technologische impact hebben op toepassingen voor zowel macroscopische als nanoschaalapparaten, "Zei hoofdauteur Evgheni Strelcov. "Het verminderen of vergroten van wrijving op nanoschaal naar believen en dus het beheersen van mechanische energieverliezen en slijtage van de onderdelen van een micro-elektromechanisch systeem heeft enorme implicaties voor toegepast energieonderzoek en opent een nieuw perspectief voor fundamentele wetenschappelijke studies."

Door een sterk elektrisch veld te induceren met behulp van een atoomkrachtmicroscoop, de onderzoekers waren in staat om de wrijving tussen een bewegende elektrode op nanoschaal en een ionisch oppervlak zowel te verhogen als te verlagen. Ze stellen dat het primaire effect dat verantwoordelijk is voor dit gedrag condensatie van vocht uit de omringende lucht in vloeistof is die vervolgens wrijving kan verminderen.

Tegelijkertijd, verdere versterking van het elektrische veld resulteert in het doordringen van de elektrode op nanoschaal in het oppervlak en een toename van wrijving. Deze penetratie is een nieuw en onverwacht effect, en de algehele aanpak verschilt van andere methoden van wrijvingsbeheersing waarbij vaak een smeermiddel aan het systeem moet worden toegevoegd in plaats van gebruik te maken van middelen die direct beschikbaar zijn in de directe omgeving.

Aanvullend, in tegenstelling tot andere elektrochemische wrijvingscontrolepraktijken, de nieuwe techniek vereist geen elektrische stroom, wat gepaard gaat met energieverliezen.

"Afwezigheid van stroom is zeer gunstig vanuit een energiebesparend perspectief omdat het Joule-verwarming en andere parasitaire energieverslindende effecten elimineert, " zegt Bobby Sumpter, die de groep leidde bij het ontwikkelen van bijbehorende theoretische modellen.

Dit werk bouwt voort op uitgebreide inspanningen van CNMS om de elektrische manipulatie van mechanische, elektrochemische en ferro-elektrische eigenschappen van materialen.

"We hebben deze bevooroordeelde kijk op nanoschaal bijna tien jaar geleden aangenomen, "Zei de bijdragende auteur Sergei Kalinin. "Nu kunnen we overgaan van observatie naar controle van zelfs sublieme fenomenen als wrijving, en het is inderdaad zeer verrassend en veelbelovend dat we het zowel kunnen verhogen als verlagen."