(Phys.org) - I fenomenet superlubricitet, två fasta ytor kan glida förbi varandra med nästan ingen friktion. Effekten uppstår när de fasta ytorna har kristallina strukturer och deras gitter roteras på ett sådant sätt att friktionskraften upphävs. Lite som att stapla två äggkartonger, om gallren är inriktade, de låser sig till varandra och det är svårt att glida över varandra. Men rotera en äggkartong lite, och det låser inte längre på detta sätt.

Forskare observerade först superlubricitet i grafit 2004, och hittills har alla experimentella bevis på superlubricitet erhållits på nanoskala och under vakuumförhållanden. Tidigare forskning förutspådde till och med att superlubricitet bryts ner på större skalor. Men nu i en ny studie, forskare har visat att superlubricitet i grafit kan förekomma över mikroskala områden och under omgivande förhållanden, vilket skulle kunna öppna vägen mot praktiska tillämpningar i mikromekaniska system.

Forskarna, ledd av Quanshui Zheng från Tsinghua University i Peking och Nanchang University i Nanchang, Kina, och Jefferson Zhe Liu från Monash University i Clayton, Australien, har publicerat sitt papper om mikroskala superlubricitet i grafit i ett nyligen utgåva av Fysiska granskningsbrev .

”Vi tillhandahåller bevis på superlubricitet i en mycket större skala än tidigare - mikro snarare än nano - och effekten kvarstår även under omgivande förhållanden, ”Berättade Zheng Phys.org . ”Vi var inte medvetna om det tidigare arbetet med att förutsäga nedbrytning av effekten vid den tidpunkt då de första mätningarna gjordes - kanske var det tur, eftersom det inte avskräckte oss från att försöka! ”

Det enklaste sättet att observera superlubricitet är när två fasta ytor glider förbi varandra. I den aktuella studien, forskarna utvecklade ett nytt sätt att undersöka superlubricitet genom att använda en volframmikrotip för att skära flingor från grafitplattor, eller "mesas." När klippningen släpps, några av flingorna återvänder spontant till sina ursprungliga positioner på mesorna, och denna klippningsprocess och självtillbakadragning kan upprepas om och om igen.

Forskarna förklarade att självtillbakadragningen är ett resultat av ultralåg friktion som uppstår mellan flingan och mesaytorna när de orienteras i en vriden, eller omotiverad, sätt.

Även om självuppdragande flingor återvände till samma positioner och riktningar som före klippning, forskarna kan avsiktligt rotera klippta flingor innan de släpps för att skapa en rimlig orientering som resulterar i inlåsta tillstånd, under vilka flingorna inte uppvisade självåterdragning. Dessa inlåsta tillstånd uppträder vid vissa specifika orienteringar som uppvisar en 6-faldig symmetri, men självtillbakadragning inträffade fortfarande när mesorna klipptes i alla andra riktningar.

När du undersöker flingorna som inte drog sig tillbaka, forskarna fann abrupta variationer i färgen på de klippta flingorna, medan färgen på självuppdragande flingor var enhetlig. De tror att färgvariationen uppstår på grund av optisk interferens till följd av tjockleksvariationer i grafitmesorna. Större mesor har större tjockleksvariationer, samt en mindre sannolikhet för att uppvisa självåterdragning.

Som det första beviset på reproducerbar superlubricitet på mikronskalan, och även under omgivande förhållanden, resultaten kan visa sig mer användbara för applikationer än superlubricitet på nanoskala. På nanoskala, uppnå superlubricitet kräver komplexa uppställningar och provberedning, och effekten kan lätt undertryckas av olika mekanismer som orsakar vridning och låsning. Det nya sättet att producera superlubricitet på mikroskala övervinner många av dessa hinder, och kan användas för att begränsa friktion och slitage i mikromekaniska system.

”Det finns många mikromekaniska enheter - till exempel rörelsesensorer, radiofrekvensgeneratorer, gyroskop - där den relativa rörelsen för två delar är viktig, ”Sa Liu. "Superlubricity öppnar en ny väg för att skapa sådana enheter."

Forskarna planerar att ytterligare utforska omfattningen av superlubricitet i framtiden.

”Vi arbetar redan på flera fronter:att studera superlbrisk rörelse mer detaljerat, att utforska utvidgningarna av detta till både större och mindre skalor, och för att studera effektens långsiktiga robusthet under olika fysiska förhållanden, ”Sa medförfattaren Francois Gray från Tsinghua University.

Copyright 2012 Phys.org
Alla rättigheter förbehållna. Detta material får inte publiceras, utsända, omskrivet eller omfördelat helt eller delvis utan uttryckligt skriftligt tillstånd från PhysOrg.com.