Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Kontrolle von Reibung durch Maßschneidern der van der Waals-Kräfte

19.07.2013
Beschleunigt ein Auto auf der Straße, entsteht zwischen dem Autoreifen und der Straße Reibung. Dabei hängt die Stärke der Reibung von vielen Faktoren ab – unter anderem von den sogenannten van der Waals-Kräften.

Diese intermolekularen Wechselwirkungen zwischen zwei reibenden Materialien sind zwar schon lange bekannt, wurden aber in der Praxis noch nie nachgewiesen. Dies ist nun erstmals dem Forscherteam um Physik-Professorin Karin Jacobs von der Saar-Uni und Professor Roland Bennewitz vom Leibniz-Institut für Neue Materialien (INM) gelungen. Interessant dabei ist, dass die Reibung auf einer Materialoberfläche vom Aufbau tiefer liegender Schichten beeinflusst wird.

Gemeinsame Presse-Info der Universität des Saarlandes und des INM – Leibniz-Institut für Neue Materialien

Reibung ist ein alltägliches Phänomen, manchmal erwünscht – wie im oben genannten Fall um das Auto zu beschleunigen –, manchmal unerwünscht, wenn Reibung als Luftwiderstand und Reibung in Motor und Getriebe zum Energieverbrauch des Autos beitragen. Die Kontrolle von Reibung steht daher ganz oben auf dem Wunschzettel von Wissenschaftlern und Ingenieuren. Einen möglichen Ansatz, die Reibung zu kontrollieren, stellen Forscherinnen und Forscher der Saar-Uni und des INM in einer neuen Studie vor: Sie haben festgestellt, dass auch die Zusammensetzung des Materials unterhalb der Oberfläche die Reibungskraft beeinflussen kann.

In ihrer Arbeit haben die Saarbrücker Wissenschaftler die intermolekularen Wechselwirkungen zwischen zwei Materialien näher untersucht. Um diese Kräfte variieren zu können, haben sie mit polierten Silizium-Einkristallplättchen, sogenannten „Wafern“, gearbeitet. „Diese sind mit unterschiedlich dicken Siliziumdioxid-Schichten bedeckt, wie sie zum Beispiel in der Halbleiterindustrie Verwendung finden“, erläutert Karin Jacobs, Professorin für Experimentalphysik an der Universität des Saarlandes.

Das Team um Jacobs hat die Reibung zwischen unterschiedlich dicken Siliziumdioxid-Schichten und einer 200 Nanometer kleinen Rasterkraftmikroskopspitze genau untersucht, indem es die Spitze über die Wafer gezogen hat. Dabei sind die Physiker auf eine Besonderheit gestoßen: Obwohl die oberste Schicht der Wafer immer aus Siliziumdioxid besteht, ist die Rasterkraftmikroskopspitze unterschiedlich starken Reibungskräften ausgesetzt. „Die Reibung ist umso stärker, je dünner die Oxidschicht ist“, erläutert die Physikerin. So unterschied sich die Reibungskraft der Plättchen je nach Dicke der Siliziumdioxid-Schicht in der Studie um bis zu 30 Prozent. Der Effekt blieb auch dann bestehen, wenn die Siliziumplättchen noch mit einer wasserabweisenden Monolage von Silanmolekülen, langkettigen Kohlenwasserstoffen, belegt waren.

„Für die Praxis haben diese Resultate unserer Studie weitreichende Konsequenzen“, sagt Jacobs. „Da die Stärke der van der Waals-Kräfte von der Zusammensetzung eines Materials bis hin zu einer Tiefe von 100 Nanometern abhängt, kann – neben der bekannten Wirkung von Schmiermitteln – auch ein cleverer Schichtaufbau die Reibung herabsetzen.“

Die Ergebnisse sowie eine theoretische Beschreibung wurden nun in der renommierten Zeitschrift „Physical Review Letters“ veröffentlicht:
M. Lessel, P. Loskill, F. Hausen, N.N. Gosvami, R. Bennewitz, and K. Jacobs, „Impact of van der Waals interactions on single asperity friction“.

DOI: 10.1103/PhysRevLett.111.035502

Kontakt:
Prof. Dr. Karin Jacobs
Experimentalphysik
Tel.: 0681 302-717 88
E-Mail: k.jacobs(at)physik.uni-saarland.de
www.uni-saarland.de/jacobs
http://jacobs.physik.uni-saarland.de/publikation/publikation.htm
Prof. Dr. Roland Bennewitz
Leibniz-Institut für Neue Materialien
Tel.: 0681 9300-213
E-Mail: roland.bennewitz(at)inm-gmbh.de

Melanie Löw | Universität des Saarlandes
Weitere Informationen:
http://www.uni-saarland.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Maschinenbau:

nachricht Flexible Fertigung von Elektromotoren für Fahrzeuge
06.09.2017 | Karlsruher Institut für Technologie

nachricht Gewicht von Robomotion-Greifer um 60 Prozent reduziert
31.07.2017 | Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Maschinenbau >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: The pyrenoid is a carbon-fixing liquid droplet

Plants and algae use the enzyme Rubisco to fix carbon dioxide, removing it from the atmosphere and converting it into biomass. Algae have figured out a way to increase the efficiency of carbon fixation. They gather most of their Rubisco into a ball-shaped microcompartment called the pyrenoid, which they flood with a high local concentration of carbon dioxide. A team of scientists at Princeton University, the Carnegie Institution for Science, Stanford University and the Max Plank Institute of Biochemistry have unravelled the mysteries of how the pyrenoid is assembled. These insights can help to engineer crops that remove more carbon dioxide from the atmosphere while producing more food.

A warming planet

Im Focus: Hochpräzise Verschaltung in der Hirnrinde

Es ist noch immer weitgehend unbekannt, wie die komplexen neuronalen Netzwerke im Gehirn aufgebaut sind. Insbesondere in der Hirnrinde der Säugetiere, wo Sehen, Denken und Orientierung berechnet werden, sind die Regeln, nach denen die Nervenzellen miteinander verschaltet sind, nur unzureichend erforscht. Wissenschaftler um Moritz Helmstaedter vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt am Main und Helene Schmidt vom Bernstein-Zentrum der Humboldt-Universität in Berlin haben nun in dem Teil der Großhirnrinde, der für die räumliche Orientierung zuständig ist, ein überraschend präzises Verschaltungsmuster der Nervenzellen entdeckt.

Wie die Forscher in Nature berichten (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005), haben die...

Im Focus: Highly precise wiring in the Cerebral Cortex

Our brains house extremely complex neuronal circuits, whose detailed structures are still largely unknown. This is especially true for the so-called cerebral cortex of mammals, where among other things vision, thoughts or spatial orientation are being computed. Here the rules by which nerve cells are connected to each other are only partly understood. A team of scientists around Moritz Helmstaedter at the Frankfiurt Max Planck Institute for Brain Research and Helene Schmidt (Humboldt University in Berlin) have now discovered a surprisingly precise nerve cell connectivity pattern in the part of the cerebral cortex that is responsible for orienting the individual animal or human in space.

The researchers report online in Nature (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005) that synapses in...

Im Focus: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

11. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

22.09.2017 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz zum Biomining ab Sonntag in Freiberg

22.09.2017 | Veranstaltungen

Die Erde und ihre Bestandteile im Fokus

21.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

11. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

22.09.2017 | Veranstaltungsnachrichten

DFG bewilligt drei neue Forschergruppen und eine neue Klinische Forschergruppe

22.09.2017 | Förderungen Preise

Lebendiges Gewebe aus dem Drucker

22.09.2017 | Biowissenschaften Chemie