Новости химической науки > Трение в наномире

И для двигателя автомобиля, и для искусственного сустава, и для сенсора активации подушек безопасности необходимо, чтобы детали, входящие в состав этих устройств, могли двигаться друг относительно друга с минимальным трением – в этом случае удастся добиться более эффективного использования энергии и понизить степень износа материалов.

Изучая особенности проявления трения в наносистемах, исследователи из Технического Университета Мюнхена обнаружили ранее неизвестный тип трения, который может полить свет на некоторые явления, которые невозможно было объяснить ранее.

Трение представляет собой вездесущее, но при этом часто досадное и неприятное физическое явление; трение является причиной износа деталей машин и потерь энергии при их эксплуатации. В поисках компонентов с низким коэффициентом трения группа физиков под руководством Торстена Хюгеля (Thorsten Hugel) и Александера Холляйтнера (Alexander Holleitner) открыла ранее неизвестный тип трения, получивший название «липкость десорбции» («desorption stick»).

Полимерная цепь, связанная с зондом атомного силового микроскопа. (Рисунок из Angew. Chem. Int. Ed., 2013; DOI: 10.1002/anie.201301255)

Исследователи изучали как и почему мономолекула полимера, находящаяся в окружении различных растворителей, скользит по различным поверхностям или сцепляется к ними. Их исследовательская задача заключалась в изучении способов реализации основных законов физики на молекулярном уровне. Такое исследование проводилось для направленной разработки противостоящих трению поверхностей и подходящих смазочных материалов.

Исследователи связывали один конец нити полимера с наноразмерным зондом высокочувствительного атомно-силового микроскопа. Нить полимера протягивали по некоторым поверхностям, а атомно-силовой микроскоп измерял требующуюся для этого силу, значение которой позволяло делать выводы о поведении молекулы полимера. Помимо двух известных к настоящему времени механизмам трения – сцеплению и скольжению исследователи обнаружили третий тип механизма, реализующийся для определенных комбинаций полимера, растворителя и поверхности.

Торстен Хюгель описывает механизм трения нового типа следующим образом: «Хотя полимер связывается с поверхностью, нить полимера может быть оторвана от поверхности и перенесена в окружающий раствор практически без приложения внешней силы». Причины такого поведения исследователь находит в очень низком значении внутреннего трения в самой спирали полимера.

К удивлению, на трение по механизму «липкой десорбции» наибольшую роль оказывает влияние растворитель, в который погружена полимерная нить. Так, гидрофильный полистирол демонстрирует идеальное скольжение при погружении в хлороформ, а в воде подвергается «липкой десорбции».

Источник: Angew. Chem. Int. Ed., 2013; DOI: 10.1002/anie.201301255

метки статьи: #нанотехнологии, #физическая химия, #химия поверхности