Дослідники з Базеля та Тель-Авіва виявили, що тертя змінюється зі швидкістю в конкретних графенових структурах на платинових поверхнях, порушуючи закон Кулона, який стверджує, що тертя не залежить від швидкості в макросвіті.

Матеріали, виготовлені з окремих атомних шарів, високо цінуються за їх низькі властивості тертя, корисні для зменшення тертя на жорстких дисках або рухомих частинах супутників або космічних телескопів. Графен, що складається з одного шару атомів вуглецю, розташованих як стільники, є яскравим прикладом і перевіряється на його потенціал як мастильного шару. Більш ранні дослідження показали, що графенова стрічка може ковзати по золотій поверхні майже без тертя.

Дивовижні результати з шорсткою поверхнею

Якщо графен нанести на платинову поверхню, це значно впливає на вимірювані сили тертя. Тепер фізики з Базельського та Тель-Авівського університетів повідомили в журналі Nano Letters , що в цьому випадку тертя залежить від швидкості, з якою кінчик атомно-силового мікроскопа (AFM; див. рамку) переміщується поперек. поверхні. Цей висновок є несподіваним, оскільки тертя не залежить від швидкості згідно із законом Кулона, який застосовується в макросвіті.

У поєднанні з платиновою підкладкою графен більше не утворює лише шестикутну стільникову структуру атомів вуглецю, а натомість утворює надструктури, відомі як надгратки Муару. Тоді поверхня вже не є абсолютно плоскою і має певний ступінь шорсткості.

«Якщо ми перемістимо наконечник АСМ по цій злегка гофрованій поверхні на низькій швидкості, ми вимірюємо слабку та майже постійну силу тертя», — пояснює професор Ернст Майєр зі Швейцарського інституту нанонауки та факультету фізики Базельського університету. «Проте вище певного порогу тертя зростає зі швидкістю наконечника AFM», — додає перший автор доктор Йімін Сонг. «Чим більша надбудова муару, тим нижчий поріг, за якого тертя стає залежним від швидкості».

Дослідники виявили, що на хребтах надструктур муару існує більший опір під час руху кінчика. Ці гребені зазнають пружної деформації через штовхаючий кінчик, перш ніж знову розслабитися, коли тиск достатньо високий. Цей ефект призводить до більших сил тертя, які збільшуються зі швидкістю кінчика. Моделювання та аналітична модель підтверджують експериментальні результати, отримані цією міжнародною групою дослідників.