سیناپرس: پژوهشگران به تازگی موفق شدند روش جدیدی برای کنترل اصطکاک در سطوح یونی نانومقیاس ابداع کنند که در این روش با استفاده از تحریک الکتریکی و بخار آب محیط می‌توان با کمترین تلفات انرژی میزان اصطکاک را افزایش و یا کاهش داد.
اصطکاک حرکت را تحت تاثیر قرار می‌دهد و آن را کند می‌کند، از این رو نیاز به کنترل نیروهای اصطکاک وجود دارد. در حال حاضر این نیاز با استفاده از وسایل مکانیکی و یا روغنکاری برطرف می‌شود، اما آزمایش‌هایی که توسط پژوهشگران گروه آزمایشگاه ملی انرژی اوک ریج انجام شده است نشان دهنده ابداع روشی برای کنترل اصطکاک در سطوح یونی در مقیاس نانو با استفاده از تحریک الکتریکی و بخار آب محیط است.
این تحقیق که در مرکز علوم مواد نانوفاز آزمایشگاه ملی انرژی اوک ریج انجام شده است، اثر فیزیکی جدیدی اثبات کرده است که در مجله ساینتیفیک رپورتز منتشر شد.
نویسنده اصلی مقاله، اوگنی استرلکو می‌گوید:« یافته‌های ما می‌تواند تاثیر فنی قابل توجهی بر برنامه‌های کاربردی ادوات ماکروسکوپی و همچنین ادوات نانومقیاس بگذارد. کاهش یا افزایش اصطکاک در مقیاس نانو منجر به کنترل تلفات انرژی مکانیکی و سایش قطعات در سیستم‌های میکروالکترومکانیکی می‌شود که اثرات قابل توجهی بر تحقیقات انرژی کاربردی خواهد گذاشت و چشم‌انداز جدیدی به سوی مطالعات علوم ضروری خواهد گشود.»
بهره‌گیری از رطوبت هوا
پژوهشگران با القای یک میدان الکتریکی قوی و استفاده از یک میکروسکوپ نیروی اتمی، قادر به افزایش و نیز کاهش اصطکاک بین یک الکترود در حال حرکت نانومقیاس و یک سطح یونی شدند. آنها اینگونه استدلال می‌کنند که تاثیر ابتدایی این رفتار متراکم شدن رطوبت ناشی از هوای اطراف به صورت مایع است که منجر به کاهش اصطکاک می‌شود.
به طور همزمان، تقویت بیشتر میدان الکتریکی نیز منجر به نفوذ نانومقیاس الکترود در سطح و در نتیجه افزایش اصطکاک می‌شود. این نفوذ یک اثر جدید و غیر منتظره است و رویکرد کلی آن از روش‌های دیگر کنترل اصطکاک متفاوت است. در آن روش‌ها به جای استفاده از منابعی که به آسانی در محیط اطراف در دسترس هستند، اغلب نیازمند اضافه کردن یک روان کننده به سیستم هستند.
علاوه بر این، تکنیک جدید ابداع شده برخلاف سایر روش‌های الکتروشیمیایی کنترل اصطکاک به جریان الکتریکی که منجر به تلفات انرژی می‌شود نیاز ندارد.
بابی سامپتر، راهنمای گروه در زمینه توسعه مدل‌های نظری مربوطه در این باره می‌گوید: « عدم وجود جریان از نقطه نظر صرفه جویی در انرژی بسیار مفید است زیرا با این روش از به وجود آمدن حرارت ژول و دیگر اثرات پارازیتی مصرف کننده انرژی جلوگیری می‌شود.»
از یک دهه پیش تا امروز
این کار تحقیقاتی بر اساس تلاش‌های گسترده در مرکز علوم مواد نانوفاز جهت بررسی دستکاری الکتریکی خواص مکانیکی، الکتروشیمیایی و فروالکتریک مواد در حال انجام است.
نویسنده همکار، سرگئی کالینین می‌گوید: « تقریبا یک دهه پیش بود که تصمیم گرفتیم از روش بایاس کردن در مقیاس نانو استفاده کنیم و مشاهدات خود را ثبت کردیم. در حال حاضر می توانیم از همان مشاهدات به کنترل چنین پدیده متعالی به نام اصطکاک دست پیدا کنیم که در واقع بسیار تعجب‌آور و امیدوارکننده است که ما حتی می توانیم آن را افزایش و هم کاهش دهیم.»
غلبه بر نیروی مزاحم
اصطکاک یک نیروی مقاومتی است که همواره در خلاف جهت حرکت ایجاد می‌شود و با حرکت اجسام مخالفت می‌کند. به طوری که برای ایجاد حرکت در اجسام باید نیرویی بزرگ‌تر از نیروی اصطکاک در جهت حرکت اعمال کرد تا بتوان بر آن غلبه کرد. این نیروی مقاومتی به عواملی چون نیروی عمودی، شرایط سطح‌های تماس از نظر زبری و جنس سطح‌های تماس بستگی دارد و در صورتی که تغییرات دما به گونه‌ای باشد که موجب تغییر زبری سطح تماس شود، در افزایش یا کاهش اصطکاک موثر خواهد بود.
جوش تماسی
علت وجود نیروی اصطکاک بین دو سطح در حال تماس جوش سرد است. این پدیده ایجاد پیوند بسیار قوی بین دو جامد است که بدون نیاز به حرارت و ذوب کردن محل اتصال انجام می‌شود. در واقع زمانی که دو سطح کاملا صاف و بدون هرگونه پوشش در خلا به هم نزدیک می‌شوند به علت عدم وجود هیچ لایه مزاحمی بین اتم‌های آن دو پیوند بسیار قوی به وجود می‌آید. این پدیده در ساخت ادوات در ابعاد نانو مورد استفاده قرار می‌گیرد.
حمایت و همکاری
نویسندگان مقاله مربوط به تحقیق انجام شده راجو کومار از آزمایشگاه ملی اوک ریج، بابی سامپتر از مرکز علوم مواد نانوفاز و علوم کامپیوتر و بخش ریاضیات، ورا بخارا از بخش علوم شیمی و سرگئی کالینین، اوگنی استرلکو و الکساندر سلو از مرکز علوم مواد نانوفاز هستند.
همچنین پشتیبانی این پروژه توسط آزمایشگاه ملی اوک ریج صورت گرفت و تحقیقات مربوطه در مرکز علوم مواد نانوفاز همان آزمایشگاه انجام شد.
No tags for this post.