NIMS, University of Tokyo och Hiroshima University gemensamt upptäckte för första gången, genom teoretisk beräkning och experiment, att makroskopiska friktioner som uppstår mellan lermineralytor härrör från interatomiska elektrostatiska krafter mellan dessa ytor. Denna upptäckt kan underlätta utformningen av fasta smörjmedel och förståelse för jordbävningsframkallande mekanismer.

Friktionskrafter mellan ytorna på skiktade kristaller, såsom lermineraler, är i allmänhet låga. Denna fastighet anses vara en orsak till jordskred och felrörelser i naturen. Aktiva ansträngningar har gjorts inom forskning om friktion för att utveckla friktionsreducerande fasta smörjmedel och för andra ändamål. Ursprunget till friktion mellan lermineralytor hade antagits induceras av någon form av bindningskrafter; dock, dessa krafter förstods inte i detalj på grund av komplexa influenser av elektrostatiska och intermolekylära krafter mellan lermineralytor, kristallografiska orienteringsskillnader mellan dessa ytor, ytjämnhet och förekomst av föroreningar.

Denna gemensamma forskargrupp studerade muskovit - ett skiktat lermineral - med plana och släta ytor på atomnivå. Teamet tog först bort fukt från utrymmet mellan muskovitytorna (20 cm x 40 cm i area) genom att applicera högt tryck under torra förhållanden. Teamet mätte sedan friktionskrafter mellan muskovitytorna vid olika glidpositioner. Som ett resultat, laget observerade slitpartiklar som producerats från slitna muskovitytor och fann att dessa partiklar kan ha upphävt effekten av kristallografisk orientering på friktionskrafter. Teamet bestämde också friktionskrafterna som genererades genom att uppskatta interatomiska elektrostatiska krafter mellan kontaktande ytor med hjälp av kvantmekaniska beräkningar, förutsatt att effekten av kristallografisk orientering på friktionskrafterna är noll. De beräknade friktionskrafterna matchade nästan perfekt experimentella resultat. Således, forskargruppen bekräftade för första gången att friktioner som uppstår mellan ytorna på lermineraler med tiotals centimeter stora styrs av elektrostatiska krafter i atomskala.

I framtida studier, forskarna hoppas kunna utveckla en teori som förklarar friktionsstyrka i ett brett spektrum av lermineraler, förutom muskovit. Sådan teori kan ge riktlinjer för materialdesign för friktionsreducerande fasta smörjmedel och andra friktionsrelaterade produkter.