والمثير للدهشة أن الاحتكاك بين طرف مجهر القوة الذرية والبنية الفوقية للمواريه يعتمد على السرعة التي يتحرك بها الطرف عبر السطح. الائتمان: قسم الفيزياء ، جامعة بازل وسكسل
اكتشف باحثون من بازل وتل أبيب أن الاحتكاك يختلف باختلاف السرعة الجرافين الهياكل على الأسطح البلاتينية ، متحدية قانون كولوم الذي ينص على أن الاحتكاك مستقل عن السرعة في العالم الكلي.
المواد المصنوعة من طبقات ذرية مفردة تحظى بتقدير كبير لخصائصها المنخفضة الاحتكاك ، وهي مفيدة في تقليل الاحتكاك في الأقراص الصلبة أو الأجزاء المتحركة من الأقمار الصناعية أو التلسكوبات الفضائية. يعتبر الجرافين ، الذي يتكون من طبقة واحدة من ذرات الكربون مرتبة على شكل قرص العسل ، مثالًا رئيسيًا وهو قيد الفحص لإمكاناته كطبقة تزييت. أظهرت دراسات سابقة أن شريط الجرافين يمكن أن ينزلق بدون احتكاك تقريبًا عبر سطح ذهبي.
نتائج مدهشة مع سطح خشن
إذا تم تطبيق الجرافين على سطح بلاتيني ، يكون له تأثير كبير على قوى الاحتكاك القابلة للقياس. الآن ، علماء الفيزياء من جامعة بازل و جامعة تل أبيب ذكرت في المجلة رسائل نانو في هذه الحالة ، يعتمد الاحتكاك على السرعة التي يتحرك بها طرف مجهر القوة الذرية (AFM ؛ انظر الإطار) عبر السطح. هذا الاكتشاف مثير للدهشة لأن الاحتكاك لا يعتمد على السرعة وفقًا لقانون كولوم ، الذي ينطبق في العالم الكلي.
بالاقتران مع الركيزة البلاتينية ، لم يعد الجرافين يشكل فقط نمط قرص العسل السداسي لذرات الكربون ، وبدلاً من ذلك يشكل بنى فوقية تُعرف باسم شبكات Moiré الفائقة. لم يعد السطح مسطحًا تمامًا ويظهر درجة معينة من الخشونة.
يوضح البروفيسور إرنست ماير Ernst Meyer من المعهد السويسري لعلم النانو وقسم الفيزياء في جامعة بازل: « إذا حركنا طرف AFM عبر هذا السطح المموج قليلاً بسرعة منخفضة ، فإننا نقيس قوة احتكاك ضعيفة وثابتة تقريبًا ». « فوق عتبة معينة ، ومع ذلك ، يزداد الاحتكاك مع سرعة طرف AFM ، » يضيف المؤلف الأول الدكتور Yiming Song. « كلما كبرت البنية الفوقية للمواريه ، قلت العتبة التي يصبح عندها الاحتكاك معتمدا على السرعة. »
وجد الباحثون أن هناك مقاومة أكبر عند حواف البنية الفوقية للمواريه أثناء حركة الطرف. تخضع هذه الحواف لتشوه مرن بسبب طرف الدفع قبل الاسترخاء مرة أخرى عندما يكون الضغط مرتفعًا بدرجة كافية. ينتج عن هذا التأثير قوى احتكاك أكبر تزداد مع سرعة الطرف. تؤكد المحاكاة والنموذج التحليلي النتائج التجريبية التي حصل عليها هذا الفريق الدولي من الباحثين.
المرجع: « اعتماد السرعة على احتكاك المواريه » بقلم ييمينغ سونغ ، وشيانغ جاو ، وأنطوان هينوت ، وسيباستيان شيرب ، وشويو هوانغ ، وثيلو جلاتزيل ، وأوديد هود ، ومايكل أورباخ ، وإرنست ماير ، 30 نوفمبر 2022 ، نانو ليترز.
DOI: 10.1021 / acs.nanolett.2c03667