Китайские и австралийские ученые впервые наблюдали микромасштабную супермаслянистость
 Фрагменты пиролитического графита. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Термин «супермаслянистость» иногда используется для обозначения очень низкого коэффициента трения, но первоначальное его значение в том, что трение между двумя поверхностями практически полностью исчезает. Данный термин был предложен в начале 1990х годов сначала фирмой Motohisa Hirano, а затем компаниями Nippon Telegraph и Telephone Corporation (Япония) для обозначения эффекта, наблюдаемого за счет расположения атомов в структуре поверхности материала. К примеру, в графите, поверхностные атомы организованы в специфические гексагональные структуры. При определенных ориентациях среза поверхности, атомы могут образовывать такую структуру, что две одинаковые поверхности будут скользить друг по другу без каких-либо усилий, т.е. трение между ними будет равно нулю.
С тех пор, как данный термин был предложен впервые, явление, которое он описывает, наблюдалось на практике лишь в наномасштабе, причем, в условиях высокого вакуума. Однако теперь, совместная группа ученых из Tsinghua University (Япония) и австралийских научных организаций наблюдали этот эффект на микроуровне в условиях окружающей среды (при комнатной температуре и в присутствии атмосферы).
В своих экспериментах научная группа использовала пиролитический графит – разновидность графита, производящаяся при высокой температуре, в которой особенно хорошо выровнены между собой кристаллические поверхности. При помощи методики литографии исследователи создавали из этого материала квадратные колонны порядка 20 мкм в ширину и до 400 нм в высоту. Сформированные «колонны» переносились в сканирующий электронный или оптический микроскоп. С помощью вольфрамого зонда «колонны» расслаивались на хлопья, которые можно было вращать в разных направлениях.
Ученые обнаружили, что полученные таким образом хлопья ориентируются симметрично по отношению к расположенной ниже поверхностной структуре, даже когда их пытаются сдвинуть зондом. Даже когда исследователи перемешали «хлопья», они вернулись в свое первоначальное положение с минимальной энергией связи с нижележащей поверхностью. Это возможно, только если между поверхностью и «хлопьями» практически отсутствует трение.
По мнению ученых полученные результаты верны не только для графита, но и для графена, представляющего собой слой атомов углерода, образующих двумерную гексагональную кристаллическую решетку.
Научная группа считает, что их работа является существенным прогрессом в области исследования супермаслянистости, который в будущем может привести к созданию «супермаслянистой» смазки для практического применения в машиностроении, в том числе, для устройств энергосбережения. Их эксперимент показал, что условия для «супермаслянистости» создать гораздо легче, чем предполагалось ранее. Более того, они воспроизводимы, что означает большее практическое значение для самого феномена, например, в области нано- и микромашиностроения. Ранее считалось, что трение является основным препятствием для развития данной области.
Коллеги ученых из других научных групп, ранее доказавших теоретическую возможность микромасштабной супермаслянистости, также высказывают мнение о том, что работа крайне перспективна. По их мнению, она может привести к прорыву, как в области супермаслянистости, так и в более широком плане – в сфере контроля фрикционных свойств.
Подробные результаты работы были опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Также по теме:
- Фокус с каплями жидкости
- Предложена структура «графитоалмаза»
- Физики проникают в тайну магнетизма графита
- Атомные углеродные провода
- Graphite
Источники: