Nanoteknologier reducerer friktionen og forbedrer materialernes holdbarhed

Et team af forskere fra National Research Nuclear University MEPhI og Immanuel Kant Baltic State Federal University foreslog at bruge innovative tynde film til betydeligt at reducere friktionen og dermed øge holdbarheden af ​​overflader i mekanismer. Denne opdagelse kan være vigtig for mange områder, fra medicin til rumteknologi.

"Tynde film er faststofstoffer, der kun kan være flere atomlag tykke. Normalt, deres egenskaber er væsentligt forskellige fra egenskaberne af de oprindelige stoffer på makroskalaen. Anvendelsesområderne bliver ved med at udvide sig og omfatter nanoelektronik, optoelektronik, spintronik, elektro-, og fotokatalyse, såvel som vigtige økonomiske områder som rumteknologi og instrumentbygning. Mikromodulenheder til rumfart og medicinsk teknologi er også lovende områder, hvor tynde film kan bruges, " sagde Vyacheslav Fominski, en projektvejleder, der repræsenterer MEPhI.

For at reducere friktion og løse mange andre problemer, man kunne bruge metal chalcogenider, dvs. forbindelser af overgangsmetaller med svovl, selen, og tellur. De første eksperimenter med det formål at opnå tynde film fra disse materialer begyndte i 1980'erne. Derefter, forskerne var især interesserede i filmenes evne til at ændre deres egenskaber, når deres struktur eller lagtykkelse ændrede sig. I deres nylige undersøgelse, det russiske hold studerede filmene, der bestod af fire elementer:molybdæn, svovl, kulstof, og hydrogen.

Først, holdet brugte laserimpulser (snesevis af nanosekunders varighed) rettet mod kulstof- og molybdænmål til at skabe plasmastrømme af disse materialer. Når kulstof og molybdæn omdannes til gasfasen, de reagerede med hydrogensulfid pumpet i forsøgskammeret, og produktet af reaktionen aflejret på en stålbase. Under denne proces, kemisk aktive atomer af svovl og brint var i stand til at komme ind i den voksende belægning. Sammen, atomerne dannede en tynd film på metallet. Filmens egenskaber afhang af koncentrationen af ​​komponenter og metoden til generering af laserplasmaflow.

Denne metode kaldes reaktiv pulseret laseraflejring og giver mere glatte og tætte lag. Det giver også forskere mulighed for at ændre forskellige eksperimentparametre og dermed påvirke strukturen af ​​de endelige produkter. Dette kraftfulde værktøj til at skabe unikke nanostrukturer udvikles aktivt i mange forskningscentre, herunder MEPhI og BFU.

De tynde film opnået af teamet var ikke mere end 0,5 um tykke, men reducerede friktionen med over 10 gange:friktionsfaktoren for en stålkugle, der gled langs en stålplade i fravær af nogen traditionelle flydende smøreolier, oversteg aldrig 0,03 (ved normale forhold) og -100°?). Dette er den samme faktor, som skøjter har på is.