Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Materialwissenschaft: Widerstand wächst auch im Vakuum

22.06.2017

Materialwissenschaftler der Universität Jena betreiben Grundlagenforschung zur Reibungskraft

Dass zwischen zwei sich bewegenden und sich berührenden Körpern Reibung entsteht, ist lange bekannt. Doch noch immer weiß man zu wenig über diese allgegenwärtige Kraft, um sie in bestimmten Bereichen zu verringern oder sich möglicherweise auch zunutze zu machen.


Der Jenaer Materialwissenschaftler Prof. Dr. Enrico Gnecco am neuen Rasterkraftmikroskop.

(Foto: Jan-Peter Kasper/FSU)

Viele technische Innovationen werden durch sie erheblich beeinflusst. Materialwissenschaftler der Friedrich-Schiller-Universität Jena haben nun wichtige Erkenntnisse über die Vorgänge rund um die Reibung gesammelt und im Fachjournal „Physical Review Letters“ vorgestellt.

Die Kontaktpunkte vergrößern sich

Gemeinsam mit Kollegen von der Universität Gießen haben die Jenaer Forscher die Reibung zwischen einer Siliziumspitze und einer kristallinen Oberfläche aus Natriumchlorid untersucht. Dazu nutzten sie ein Rasterkraftmikroskop und führten die Experimente mit verschiedenen Umgebungstemperaturen – von 25 bis -175 Grad Celsius – durch.

„Nach der Auswertung der Messergebnisse haben wir festgestellt, dass sich die Kontaktpunkte vergrößern und damit die Steifigkeit nahezu logarithmisch zunimmt“, erklärt Prof. Dr. Enrico Gnecco von der Universität Jena. „Das bedeutet, der Widerstand, auf den die Siliziumspitze trifft, wird größer, je länger man über sie kratzt.“

Auch andere Untersuchungen wurden bereits in diesem Modellsystem geführt, doch fokussierten sich die Wissenschaftler der aktuellen experimentellen und theoretischen Studie erstmals auf die Steifigkeitsänderung des Kontakts. „Wir sind überrascht, dass selbst bei einer absolut reinen und störungsfreien Umgebung dieser Effekt auftritt“, erklärt Gnecco deshalb. Vermutlich vergrößern sich die Kontaktpunkte durch atomare Diffusion. Das heißt, Natriumchlorid-Atome aus der Schicht lagern sich an der Siliziumspitze an.

Erdbeben funktionieren nach dem Stick-Slip-Effekt

Die Wissenschaftler beobachteten während ihrer Untersuchungen besonders den sogenannten Stick-Slip-Effekt, bei dem die Unterschiede in der Steifigkeit besonders zutage treten. Damit ist die durch abwechselndes Haften und Gleiten hervorgerufene ruckartige Bewegung gemeint. Im Alltag kann man dieses Phänomen beispielsweise erfahren, wenn man mit der Hand über einen Luftballon streicht.

„In der Natur begegnet uns der Stick-Slip-Effekt mitunter sehr großformatig und langsam“, erläutert der italienische Materialwissenschaftler von der Universität Jena. „Erdbeben beispielsweise funktionieren nach diesem Prinzip: Zwei Platten gleiten übereinander und geraten dabei mitunter ins Stocken, was Energie freisetzt, die Schwingungen verursachen können.“

Die neuen Erkenntnisse werden allerdings vor allem in kleineren Dimensionen zum Tragen kommen. Beispielsweise beeinträchtigt Reibung die Funktionalität mikroelektronischer Systeme, deren Größe sich eher auf der Nanoskala bewegt, erheblich.

In Zukunft möchte Enrico Gnecco die Forschung auf diesem Gebiet weiter intensivieren. Seit vergangenem Jahr können auch die Jenaer Materialwissenschaftler mit einem eigenen Rasterkraftmikroskop solche Versuche durchführen. „Im Übrigen steht das Gerät in Kooperation mit der Universität auch anderen Einrichtungen und Unternehmen zur Verfügung“, informiert der Jenaer Experte.

Original-Publikation:
Juan J. Mazo, Dirk Dietzel, Andre Schirmeisen, J. G. Vilhena, and Enrico Gnecco: Time Strengthening of Crystal Nanocontacts, Phys. Rev. Lett. 118, 246101,
DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.118.246101

Kontakt:
Prof. Dr. Enrico Gnecco
Otto-Schott-Institut für Materialforschung der Universität Jena
Löbdergraben 32, 07743 Jena
Tel.: 03641 / 947770
E-Mail: enrico.gnecco[at]uni-jena.de

Weitere Informationen:

http://www.uni-jena.de

Sebastian Hollstein | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund
22.06.2018 | Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF

nachricht Nah dran an der Fiktion: Die Außenhaut für das Raumschiff „Enterprise“?
22.06.2018 | Technische Universität Chemnitz

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

Noch mehr Reichweite oder noch mehr Nutzlast - das wünschen sich Fluggesellschaften für ihre Flugzeuge. Wegen ihrer hohen spezifischen Steifigkeiten und Festigkeiten kommen daher zunehmend leichte Faser-Kunststoff-Verbunde zum Einsatz. Bei Rümpfen oder Tragflächen sind permanent Innovationen in diese Richtung zu beobachten. Um dieses Innovationsfeld auch für Flugzeugräder zu erschließen, hat das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF jetzt ein neues EU-Forschungsvorhaben gestartet. Ziel ist die Entwicklung eines ersten CFK-Bugrads für einen Airbus A320. Dabei wollen die Forscher ein Leichtbaupotential von bis zu 40 Prozent aufzeigen.

Faser-Kunststoff-Verbunde sind in der Luftfahrt bei zahlreichen Bauteilen bereits das Material der Wahl. So liegt beim Airbus A380 der Anteil an...

Im Focus: IT-Sicherheit beim autonomen Fahren

FH St. Pölten entwickelt neue Methode für sicheren Informationsaustausch zwischen Fahrzeugen mittels Funkdaten

Neue technische Errungenschaften wie das Internet der Dinge oder die direkte drahtlose Kommunikation zwischen Objekten erhöhen den Bedarf an effizienter...

Im Focus: Innovative Handprothesensteuerung besteht Alltagstest

Selbstlernende Steuerung für Handprothesen entwickelt. Neues Verfahren lässt Patienten natürlichere Bewegungen gleichzeitig in zwei Achsen durchführen. Forscher der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) veröffentlichen Studie im Wissenschaftsmagazin „Science Robotics“ vom 20. Juni 2018.

Motorisierte Handprothesen sind mittlerweile Stand der Technik bei der Versorgung von Amputationen an der oberen Extremität. Bislang erlauben sie allerdings...

Im Focus: Temperaturgesteuerte Faser-Lichtquelle mit flüssigem Kern

Die moderne medizinische Bildgebung und neue spektroskopische Verfahren benötigen faserbasierte Lichtquellen, die breitbandiges Laserlicht im nahen und mittleren Infrarotbereich erzeugen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) zeigen in einer aktuellen Veröffentlichung im renommierten Fachblatt Optica, dass sie die optischen Eigenschaften flüssigkeitsgefüllter Fasern und damit die Bandbreite des Laserlichts gezielt über die Umgebungstemperatur steuern können.

Das Besondere an den untersuchten Fasern ist ihr Kern. Er ist mit Kohlenstoffdisulfid gefüllt - einer flüssigen chemischen Verbindung mit hoher optischer...

Im Focus: Temperature-controlled fiber-optic light source with liquid core

In a recent publication in the renowned journal Optica, scientists of Leibniz-Institute of Photonic Technology (Leibniz IPHT) in Jena showed that they can accurately control the optical properties of liquid-core fiber lasers and therefore their spectral band width by temperature and pressure tuning.

Already last year, the researchers provided experimental proof of a new dynamic of hybrid solitons– temporally and spectrally stationary light waves resulting...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Leben im Plastikzeitalter: Wie ist ein nachhaltiger Umgang mit Plastik möglich?

21.06.2018 | Veranstaltungen

Kongress BIO-raffiniert X – Neue Wege in der Nutzung biogener Rohstoffe?

21.06.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen im August 2018

20.06.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

22.06.2018 | Materialwissenschaften

Lernen und gleichzeitig Gutes tun? Baufritz macht‘s möglich!

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

GFOS und skip Institut entwickeln gemeinsam Prototyp für Augmented Reality App für die Produktion

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics