Att glida; kanske till trötthet. "Slitage är så vanligt i glidsystem att det har fått denna oundvikliga känsla, " säger Greg Sawyer, en professor i maskinteknik vid University of Florida som leder ett team av forskare i hopp om att kullkasta detta antagande. Sawyer och hans medarbetare har lyckats modifiera polytetrafluoreten (PTFE), det allestädes närvarande, redan lågfriktionsmaterial även känt som teflon, för att göra den "nästan en miljon gånger mer slitstark." Genom att tillämpa lärdomarna från denna och andra sådana framgångshistorier, forskarna försöker identifiera, och sedan eliminera, slitagets atomära och molekylära ursprung. Om de når sitt mål, rörliga enheter som ledbyten kan hålla, om inte för alltid, då åtminstone tills deras ägare "har blandat bort denna dödliga spiral."
Alla enheter som har rörliga delar – oavsett om det är en gräsklippare, en diskmaskin, eller en drivlina – upplever friktion. "Friktion är en vacker, komplex sak" som stjäl energi och effektivitet från ett system, men gör det inte, som standard, resultera i slitage, säger Sawyer. Egenskaperna hos ett helt system, i motsats till alla inneboende egenskaper hos glidmaterialen, bestäm hur mycket slitage som uppstår när två ytor rör sig förbi varandra. Sawyer och hans team har kommit med ett antal hypoteser för att förklara hur friktionskrafter kan slita av eller slipa bort materialbitar i speciella glidsystem. En yta kan erodera genom en långsam omarrangering av atomerna och molekylerna; genom små, diskreta brytande händelser som läggs upp över tiden; genom sällsynta, men katastrofalt, klyvningshändelser; eller genom annat, okända metoder. "Vi har inte nästan alla svar ännu, säger Sawyer.
För att testa sina hypoteser, forskarna använder atomkraftmikroskop för att skapa bilder i atomskala av ytor och använder finjusterade instrument för att mäta de små krafter som uppstår när material glider mot varandra. När forskarna väl har identifierat en faktor som bidrar till systemets slitage, de försöker utforma ett sätt att stoppa det. I fallet med ultralågt slitage PTFE, forskarna bäddade in nanopartiklar gjorda av aluminiumoxid i polymeren, vilket dramatiskt minskade slitaget. Och denna effekt är inte begränsad till PTFE. Andra nanopartikelfyllda plastkompositer har visat sig visa en minskad glidfriktionskoefficient, även om forskare fortfarande undersöker de exakta mekanismerna som leder till minskat slitage. Vid AVS Symposium i Nashville, Tenn., hålls 30 oktober – 4 november, Sawyer kommer att presentera resultat från ett antal ultralågt slitagesystem som studerats i hans labb, inklusive polymerer, metaller, och keramik.
Förutom inkurans, slitage är den främsta orsaken till produktens livslängd, Sawyer noterar. Forskare och ingenjörer från Da Vinci och framåt har undersökt sätt att minimera det, han säger, och hans team fortsätter jakten. Frågade om framtiden, Sawyer föreställer sig en värld där otaliga produkter aldrig kommer att slitas ut:"Kan du föreställa dig att bara behöva en bil? System med ultralågt slitage kan förändra allt."
