Forstå friktion, den uundgåelige fjende

For maskiner med mekaniske elementer er friktion en uundgåelig fjende. Det er en væsentlig kilde til servicesvigt og kan reducere levetiden for alle maskiner, lige fra cykler og biler til fly og samlebånd.

Ny forskning ledet af University of Pittsburgh afslører friktionen i atomskala af en enkelt wolfram-skærhed, eller ru kant, i realtid, der viser atombevægelse for første gang med elektronmikroskopi. Arbejdet, udført af to laboratorier i Swanson School of Engineering, blev for nylig offentliggjort i tidsskriftet Nature Nanotechnology .

"Ingen har indtil nu været i stand til rent faktisk at se den atomisk løste friktionsproces med en tydelig grænseflade, så forholdet mellem friktionsmekanismerne og grænsefladen er ikke blevet fuldt ud forstået," siger Guofeng Wang, CNG Faculty Fellow og professor i maskinteknik og materialevidenskab, hvis laboratorium samarbejdede om dette arbejde. "I denne undersøgelse var vi i stand til faktisk at se den glidende vej for grænsefladeatomer og den dynamiske belastning og stressudvikling på grænsefladen, som kun tidligere er blevet vist ved simuleringer."

Wangs gruppe samarbejdede med den nu pensionerede John Swanson-begavede professor Scott X. Maos forskningsgruppe i Swanson-skolen for at give den første visualisering af friktion på atomær skala. Ved hjælp af et højopløseligt transmissionselektronmikroskop var Maos gruppe i stand til faktisk at se atomernes bevægelse hen over overfladen, når to overflader tog kontakt og bevægede sig. Wangs gruppe var derefter i stand til at bruge deres computersimuleringer til at verificere, hvad de mikroskopiske visualiseringer viste og forstå mere om kræfterne i spil.

Selvom denne undersøgelse fokuserede på wolframatomer på grund af deres høje modstand mod mikroskopets varme, kan metoden anvendes på ethvert materiale for at forstå friktion og slid.

"Det, vi fandt, er, at uanset hvor glat og ren overfladen er, opstår der stadig friktion på atomniveau. Det er fuldstændig uundgåeligt," sagde Wang. "Denne viden kan dog føre til bedre smøremidler og materialer for at minimere friktion og slid så meget som muligt, hvilket forlænger levetiden af ​​mekaniske systemer." + Udforsk yderligere

Ny forskning kaster lys over naturen af ​​friktion i flerlagsgrafen