Трение — это повседневное явление, которое иногда желательно (позволяет автомобилям разгоняться), а иногда — нет (трение в виде сопротивления транспортного средства и трения в двигателе и системе трансмиссии увеличивают потребление энергии автомобилем). Поэтому для многих ученых и инженеров способность контролировать трение стоит на первом месте в списке желаний. Возможный подход к контролю трения только что был опубликован исследователями Саарландского университета и INM.
Они обнаружили, что на силу трения влияет состав материалов под поверхностью.Работа, проведенная учеными из Саарбрюккена, заключалась в более тщательном изучении межмолекулярных сил, действующих между двумя материалами. Чтобы иметь возможность изменять эти силы, исследователи работали с полированными пластинами из монокристаллического кремния. «Пластины покрыты слоями диоксида кремния разной толщины и аналогичны пластинам, используемым в полупроводниковой промышленности», — пояснила Карин Якобс, профессор экспериментальной физики Саарландского университета.Команда Джейкобса точно измерила трение между слоями диоксида кремния (SiO2) разной толщины и 200-нм наконечником зонда для атомно-силовой микроскопии, тщательно просканировав наконечник по поверхности пластины.
То, что обнаружили физики, было удивительным: хотя самый верхний слой поверхности всегда состоял исключительно из SiO2, острие атомно-силового микроскопа испытывало разные силы трения в зависимости от толщины слоя диоксида кремния. «Чем тоньше оксидный слой, тем больше трение», — сказал Джейкобс. Исследование показало, что силы трения, связанные с пластинами, различаются на 30% в зависимости от толщины слоя SiO2.
Эффект наблюдался также при покрытии кремниевых пластин водоотталкивающим монослоем молекул силана (длинноцепочечных углеводородов).«Результаты нашего исследования имеют важное значение для многих практических приложений, — сказал профессор Джейкобс. «Поскольку сила сил Ван-дер-Ваальса зависит от состава материала на глубине до 100 нанометров, тщательное проектирование структуры слоев на поверхности материала может уменьшить трение. Это дает нам еще один подход к контролю трения в дополнение к общепринятому использованию смазочных материалов ».