Friktion påverkar rörelse, därav behovet av att kontrollera friktionskrafterna. För närvarande, detta åstadkommes genom mekanistiska medel eller smörjning, men experiment utförda av forskare vid Department of Energy's Oak Ridge National Laboratory har avslöjat ett sätt att kontrollera friktionen på joniska ytor på nanoskala med hjälp av elektrisk stimulering och omgivande vattenånga.

Forskningen, som visar en ny fysisk effekt, genomfördes vid Center for Nanophase Materials Sciences, en DOE Office of Science User Facility på ORNL, och publiceras i tidskriften Vetenskapliga rapporter .

"Vårt fynd kan ha en betydande teknisk inverkan på applikationer för både makroskopiska och nanoskaliga enheter, ", sa huvudförfattaren Evgheni Strelcov. "Att minska eller öka friktionen i nanoskala efter behag och därmed kontrollera mekaniska energiförluster och slitage på ett mikroelektromekaniskt systems delar har enorma konsekvenser för tillämpad energiforskning och öppnar ett nytt perspektiv för grundläggande vetenskapliga studier."

Genom att inducera ett starkt elektriskt fält med hjälp av ett atomkraftmikroskop, forskarna kunde både öka och minska friktionen mellan en rörlig nanoskalaelektrod och en jonisk yta. De hävdar att den primära effekten som är ansvarig för detta beteende är kondensering av fukt från den omgivande luften till vätska som sedan kan minska friktionen.

Samtidigt, ytterligare förstärkning av det elektriska fältet resulterar i att nanoskalaelektroden penetrerar ytan och en ökning av friktionen. Denna penetration är en ny och oväntad effekt, och det övergripande tillvägagångssättet skiljer sig från andra metoder för friktionskontroll som ofta kräver tillsats av ett smörjmedel till systemet istället för att dra på resurser som är lätt tillgängliga i den omedelbara miljön.

Dessutom, till skillnad från andra metoder för kontroll av elektrokemisk friktion, den nya tekniken kräver ingen elektrisk ström, vilket är förknippat med energiförluster.

"Frånvaro av ström är mycket fördelaktigt ur ett energibesparande perspektiv eftersom det eliminerar Joule-uppvärmning och andra parasitiska energiförbrukande effekter, " säger Bobby Sumpter, som ledde gruppen som utvecklade tillhörande teoretiska modeller.

Detta arbete bygger på omfattande insatser vid CNMS för att utforska elektrisk manipulation av mekaniska, elektrokemiska och ferroelektriska egenskaper hos material.

"Vi antog denna partiska syn på nanoskalan för nästan ett decennium sedan, " sa den bidragande författaren Sergei Kalinin. "Nu kan vi gå från observation till kontroll av även sådana sublima fenomen som friktion, och det är verkligen mycket överraskande och lovande att vi både kan öka och minska det. "