Voor machines met mechanische elementen is wrijving een onvermijdelijke vijand. Het is een belangrijke oorzaak van storingen in de dienstverlening en kan de levensduur van alle machines verkorten, van fietsen en auto's tot vliegtuigen en assemblagelijnen.

Nieuw onderzoek onder leiding van de Universiteit van Pittsburgh onthult de wrijving op atomaire schaal van een enkele wolfraam-asperiteit, of ruwe rand, in realtime, en toont voor het eerst atomaire beweging met elektronenmicroscopie. Het werk, voltooid door twee laboratoria in de Swanson School of Engineering, werd onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Nature Nanotechnology .

"Tot nu toe heeft niemand het atomisch opgeloste wrijvingsproces met een duidelijke interface kunnen zien, dus de relatie tussen de wrijvingsmechanismen en de interface is niet volledig begrepen", zegt Guofeng Wang, CNG Faculty Fellow en hoogleraar werktuigbouwkunde en materiaalkunde, wiens lab meewerkte aan dit werk. "In deze studie waren we in staat om het glijdende pad van interface-atomen en de dynamische spanning en stress-evolutie op de interface te zien die alleen eerder door simulaties is aangetoond."

Wang's groep werkte samen met de nu gepensioneerde John Swanson Endowed Professor Scott X. Mao's onderzoeksgroep in de Swanson School om de eerste visualisatie van wrijving op atomaire schaal te bieden. Met behulp van een transmissie-elektronenmicroscoop met hoge resolutie was Mao's groep in staat om de beweging van atomen over het oppervlak te bekijken wanneer twee oppervlakken contact maakten en bewogen. De groep van Wang kon vervolgens hun computersimulaties gebruiken om te verifiëren wat de microscopische visualisaties lieten zien en om meer te begrijpen over de krachten die in het spel zijn.

Hoewel deze studie zich concentreerde op wolfraamatomen vanwege hun hoge weerstand tegen de hitte van de microscoop, kan de methode worden toegepast op elk materiaal om wrijving en slijtage te begrijpen.

"Wat we ontdekten, is dat hoe glad en schoon het oppervlak ook is, er nog steeds wrijving optreedt op atomair niveau. Het is volledig onvermijdelijk", zei Wang. "Deze kennis kan echter leiden tot betere smeermiddelen en materialen om wrijving en slijtage zoveel mogelijk te minimaliseren, waardoor de levensduur van mechanische systemen wordt verlengd." + Verder verkennen

Nieuw onderzoek werpt licht op de aard van wrijving in meerlagig grafeen