Ученые разработали метод снижения трения практически до нуля в макроскопическом масштабе - «Наука и технологии»

Группа исследователей, работающая в Национальной лаборатории Аргонна (Argonne National Laboratory), Иллинойс, США, нашла способ снижения коэффициента трения между двумя поверхностями практически до нулевого значения в макроскопическом масштабе. Как это часто бывает в современной науке, данное открытие было сделано совершенно случайно, тем не менее, такой эффект снижения трения может оказаться весьма полезным для множества областей применения в реальном мире.

Как хорошо известно большинству людей, трение является одной из причин расхода энергии в любых движущихся механизмах, имеющих трущиеся поверхности. Для снижения сил трения и уменьшения количества выделяющегося при этом тепла обычно используют смазочные материалы, полученные синтетическим путем или путем перегонки нефти. Однако, практически с самого начала использования человечеством различных механизмов, ученые бьются над задачей устранения трения как явления вообще.

Проводя исследования, ученые изучали свойства трения на наноразмерном уровне, там, где силы притяжения между атомами проявляются гораздо сильней и играют большую роль, нежели микроскопические дефекты и неровности поверхности, которые обуславливают высокое трение в макроскопическом масштабе. Они проверяли одну из своих идей, покрыв плоскую поверхность определенного материала слоем графена, а вторую трущуюся поверхность - алмазно-углеродной смесью.

Двигая по-разному эти поверхности друг относительно друга, исследователи отметили случаи, когда коэффициент трения резко падал практически до нуля. Дальнейшие исследования показали, что это происходило в результате того, что под воздействием сил трения некоторые крошечные алмазы отрывались от поверхности, после чего они выступали в роли крошечных шариков подшипника, катясь в промежутке между поверхностями.

Для подтверждения этого исследователи поместили некоторое количество свободных алмазных наночастиц между поверхностями и начали двигать эти поверхности относительно друг друга. Результат превзошел ожидания ученых, силы трения между двумя поверхностями оказались столь малы, что точности имеющегося у ученых оборудования не хватило для того, чтобы их измерить.

Дальнейшие исследования феномена показали, что не только алмазные наношарики играют роль в снижении сил трения. Оказывается, что алмазные наночастицы, катающиеся по поверхности, покрытой графеном, отрывают от графена небольшие хлопья, которые выполняют роль дополнительной "смазки", обеспечивающей скольжение. Это все было проверено при различных условиях, при различных нагрузках на трущиеся поверхности, при разных скоростях скольжения и при разных температурах. Во всех случаях коэффициент трения стремился к нулю. Исключением стала лишь ситуация, когда в промежуток между поверхностями попала вода.

С учетом всего вышесказанного можно предположить, что данный метод снижения трения может использоваться в достаточно ограниченном круге областей, к примеру, в миниатюрных электронных компонентах, в космической технике и в некоторых других областях, где можно обеспечить постоянные и подходящие для такой технологии условия окружающей среды.