Kredit:Pixabay/CC0 Public Domain
För maskiner med mekaniska element är friktion en oundviklig fiende. Det är en stor källa till servicefel och kan minska livslängden för alla maskiner, från cyklar och bilar till flygplan och monteringsband.
Ny forskning ledd av University of Pittsburgh avslöjar friktionen i atomär skala av en enda volframspets, eller grov kant, i realtid, som visar atomrörelse för första gången med elektronmikroskopi. Arbetet, som slutförts av två labb vid Swanson School of Engineering, publicerades nyligen i tidskriften Nature Nanotechnology .
"Tills nu har ingen faktiskt kunnat se den atomiskt lösta friktionsprocessen med ett tydligt gränssnitt, så förhållandet mellan friktionsmekanismerna och gränssnittet har inte förståtts fullt ut", säger Guofeng Wang, CNG-fakultetsstipendiat och professor i maskinteknik och materialvetenskap, vars labb samarbetade med detta arbete. "I den här studien kunde vi faktiskt se den glidande vägen för gränssnittsatomer och den dynamiska spänningen och spänningsutvecklingen på gränssnittet som bara tidigare har visats genom simuleringar."
Wangs grupp samarbetade med den nu pensionerade John Swanson-begåvade professorn Scott X. Maos forskargrupp i Swanson School för att tillhandahålla den första visualiseringen av friktion på atomär skala. Med hjälp av ett högupplöst transmissionselektronmikroskop kunde Maos grupp faktiskt se atomernas rörelse över ytan när två ytor fick kontakt och rörde sig. Wangs grupp kunde sedan använda sina datorsimuleringar för att verifiera vad de mikroskopiska visualiseringarna visade och förstå mer om krafterna som spelade.
Även om denna studie fokuserade på volframatomer på grund av deras höga motstånd mot mikroskopets värme, kan metoden tillämpas på vilket material som helst för att förstå friktion och slitage.
"Vad vi fann är att oavsett hur slät och ren ytan är, så uppstår fortfarande friktion på atomnivå. Det är helt oundvikligt", säger Wang. "Denna kunskap kan dock leda till bättre smörjmedel och material för att minimera friktion och slitage så mycket som möjligt, vilket förlänger livslängden på mekaniska system." + Utforska vidare
