Ook in vacuüm neemt de weerstand toe

Het is algemeen bekend dat er wrijving ontstaat tussen twee bewegende delen. Maar er is nog altijd maar weinig kennis over deze alom tegenwoordige kracht om deze op bepaalde gebieden te vermindern of er juist gebruik van te maken. Materiaalonderzoekers van de Friedrich-Schiller-Universität Jena hebben de nodige kennis over de processen rondom wrijving verzameld.

Samen met collega's van de Universität Gießen hebben de onderzoekers in Jena de wrijving tussen een silicium tip en een kristallijn oppervlak uit natriumchloride (NaCl) onderzocht. Daarvoor gebruikten ze een atoomkrachtmicroscoop en voerden daarmee onder vacuüm experimenten uit bij verschillende omgevingstemperaturen: van 25°C tot -175°C.

Na evaluatie van de meetresultaten constateerden ze, dat de contactpunten groter werden en daarmee de stijfheid nagenoeg logaritmisch toeneemt. Dat betekent dat de weerstand die de silicium tip ondervindt groter wordt naarmate er overheen wordt gekrast.

Ook andere onderzoeken werden reeds in dit modelsysteem ingevoerd. Maar nu concentreerden de wetenschappers hun experimentele en theoretische studie op de stijfheidsverandering van het contact. Ze zijn verrast dat zelfs bij een absoluut schone en storingsvrije omgeving dit effect optreedt. Vermoedelijk worden de contactpunten groter door atomaire diffusie. Dat will zeggen, dat de natriumchloride-atomen zich vastzetten op de silicium tip.

Stick-slip-effect

De wetenschappers observeerden bij hun onderzoeken in het bijzonder het zogeheten stick-slip-effect, waarbij de verschillen in de stijfheid bijzonder aan het licht komen. Daarmee wordt de schokkende beweging bedoeld die het gevolg is van het afwisselend stoppen en glijden van een opgeroepen beweging. In het dagelijks leven kan men dit verschijnsel bijvoorbeeld ervaren door met de hand over een luchtballon te bewegen.

In de natuur komen we dit stick-slip-effect ook tegen, op zeer grote schaal en langzaam. Aardbevingen volgen hetzelfde principe: twee platen glijden over elkaar en daarbij haperen de bewegingen, waardoor energie vrijkomt die trillingen aan het aardoppervlak veroorzaakt.

De nu verkregen resultaten hebben nu vooral op kleine schaal gevolgen. Zo heeft de wrijving bijvoorbeeld een aanzienlijke invloed op de functionaliteit van micro-elektronische systemen die zich eerder op het nanoniveau bevinden.

In de toekomst willen de wetenschappers het onderzoek op dit gebied intensiveren. Sinds vorig jaar kunnen de materiaalspecialisten in Jena over een eigen atoomkrachtmicroscoop beschikken om dergelijke proeven uit te voeren. Het instrument is overigens in samenwerking met de universiteit ook beschikbaar voor andere instituten en ondernemingen.

bron: Universität Jena