Виявлено новий вид фундаментальних сил тертя, що діє на нанорозмірному рівні
У пошуках компонентів для наносистем і наномеханизмов, що створюють при своєму русі дуже маленьке тертя, вчені з Технологічного університету Мюнхена (Technische Universitaet Muenchen, TUM) на чолі з професорами Торстеном Хугелем (Thorsten Hugel) і Олександром Холлеитнером (Alexander Holleitner) досліджували поведінку молекул полімерів, розчинених у розчиннику, які притягуються до поверхонь з певних матеріалів. Метою даних досліджень було вивчення дії основних законів фізики на молекулярному рівні для того, щоб використовувати отримані знання в розробці антифрикційних поверхонь і нових видів матеріалів. І в ході даних досліджень вчені несподівано для себе виявили ще один з видів сил тертя, що виникає на нанорозмірному рівні.
Проводячи свої дослідження, вчені помістили кінець молекули полімеру на наконечник атомно-силового мікроскопа (atomic force microscope, AFM). Другий кінець молекули разом з наконечником мікроскопа переміщувався вздовж випробуваної поверхні з певного матеріалу. Така комбінація дозволяла за допомогою AFM-мікроскопа виміряти значення сил тертя, які відчувала молекула полімеру під час руху по поверхні.
Крім двох відомих механізмів виникнення сил тертя, таких, як тяжіння і ковзання, дослідники виявили третій механізм, який проявлявся лише при визначених комбінаціях полімерного матеріалу, матеріалу поверхні і розчинника. Дослідники назвали цей механізм "десорбционным опором" (desorption stick).
"Незважаючи на те, що молекула полімеру під час руху притискається до поверхні, край молекули може почати розтягуватися в оточуючий розчин без видимого впливу яких-небудь відомих сил, створюючи при цьому додатковий опір, тобто тертя" - розповідає професор Хугель, - "Причиною цього є, швидше за все, низьке внутрішнє тертя в межах полімерної молекули".
Згідно з наявною інформацією новий механізм тертя не залежить від швидкості руху, від сили притиску до поверхні і від адгезійних властивостей полімерного матеріалу. На це впливає хімічні властивості матеріалу поверхні і вид використовуваного розчинника. Наприклад, поверхня гідрофобного пінопласту демонструє повну відсутність третього механізму тертя, коли полімерний матеріал розчинений у хлороформі, то при розчиненні матеріалу у воді третя сила тертя, десорбционное опір, проявляється досить сильно.
"Розуміння процесів, що призводять до появи сил тертя, вивчені нами з допомогою однієї єдиної молекули, відкривають абсолютно нові способи мінімізації тертя" - розповідає професор Холлеитнер, - "В майбутньому, особлива попередня підготовка полімерних матеріалів, придатних для різних видів поверхонь, що дозволить створювати вузли і механізми, які не піддаються або погано що піддаються тертю не тільки на нано - і мікро - рівні. Ці ж методи можна буде успішно застосовувати і на звичайному рівні, знижуючи тертя і зменшуючи знос частин і деталей різних механізмів, у тому числі і двигунів автомобілів".