Superlibisevuse (ingl k superlubricity) nime all tuntud nähtuses võivad kaks tahket pinda liikuda üle üksteise peaaegu täielikult ilma hõõrdumiseta. See nähtus ilmneb, kui tahketel pindadel on kristalliline struktuur ning nende võrestikud on pööratud nii, et hõõrdejõud nullitakse.
Üleval: Grafiitplaadikese osaline nihutamine mikromanipulaatori abil, et tekitada iseeneslik tagasitõmbumine grafiitplatformile. Kui mikroteravik plaadikese vabastamiseks üles tõstetakse, naaseb see automaatselt oma algsesse positsiooni. (Keskel) Protsessi vaatlemine vaakumis skaneeriva elektromnikroskoobi all. (All) Sama protsessi vaatlemine tavatingimustes optilise mikroskoobi all. Pilt: Liu, et al. ©2012 American Physical Society
Superlibisevust vaatlesid teadlased esmalt 2004. aastal grafiidis ning siiani on kõik superlibisevuse eksperimentaaltõendid saadud nanoskaalas ning vaakumi tingimustes. Varasemad uurimused ennustasid isegi, et superlibisevust suuremates skaalades ei leidu. Uues uurimuses demonstreerisid teadlased aga, et grafiidi superlibisevus võib esineda ka mikroskaalast suuremates skaalades ning tavatingimustes. See leid võib avada uksed superlibisevuse rakendamiseks mikromehhaanilistes süsteemides, kirjutab Physorg.com.
,,Oma artiklis esitame me tõendid superlibisevusest palju suuremas skaalas kui varem – nano asemel mikros – ning näitame, et efekt püsib ka tavatingimustes,” lausus uurimust juhtinud Quanshui Zheng. ,,Me ei olnud esimeste mõõtmiste tegemise ajal teadlikud varasemate uurimustega, milles ennustati nähtuse kadumist suuremas skaalas ja tavatingimustel – ehk oligi see hea, sest ei takistanud meid proovimast!”
Kõige otsesem viis superlibisemise vaatlemiseks on lasta kahel tahkel pinnal üle üksteise liikuda. Antud uurimuses töötasid teadlased superlibisemise uurimiseks välja uue viisi, kasutades selleks volframist mikroteravikku, mille abil grafiidi plaadikesi üksteise suhtes nihutati. Nihutamisel naasevad mõned plaadikesed spontaanselt oma algasenditesse ning seda nihutamise-taastumise protsessi saab uuesti ja uuesti korrata.
Teadlased selgitasid, et see algasendisse ja -asukohta naasemine tuleb plaadikese ja selle all oleva pinna vahelisest ülimadalast hõõrdumisest hetkel, mil need pindade kristallvõred on üksteise suhtes sobimatult orienteeritud.
Kuigi tagasitõmbunud plaadikesed naasesid samadesse asenditesse sama orientatsiooniga nagu enne nihutamist, võisid teadlased meelega plaadikesi enne nende lahti laskmist pöörata, tekitades nii sobimatu kristallvõre orientatsiooni. Selle tulemusel tekkisid nö lukustatud olekud, mille korral plaadikesed tagasi ei tõmbunud. Lukustatud olekud esinevad kindlate kristallvõre orientatsioonide korral ning omavad kuuendat järku sümmeetriat, kuid iseeneslik tagasitõmbumine toimus siiski, kui plaadikeste aluspinnad olid nihutatud kõigis teistes kristallvõre suundades.
Mitte tagasitõmbuvate plaadikeste uurimisel leidsid teadlased märgatavaid erinevusi nende värvuses, samas kui naasevate plaadikeste värv oli alati sama. Värvivariatsioon võib tuleneda optilisest interferentsist, mis sõltub grafiitplaadikeste aluspindade paksusest. Suurematel pindadel muutub paksus rohkem ning plaadikese tagasitõmbumine toimub väiksema tõenäosusega.
Esimese tõendina korratavast superlibisevusest mikroskaalas, ning seda isegi tavatingimustes, võivad selle uurimuse tulemused omada kasulikumaid rakendusi kui nanoskaalas superlibisevus. Nanoskaalas nõuab superlibisevuse saavutamine keerukaid tingimusi ja näidismaterjali ettevalmistust, kusjuures efekt võib mitmete välistingimuste korral kaduda ning orientatsiooni pöörata, põhjustades lukustunud oleku. See uus meetod superlibisevuse tekitamiseks mikroskaalas ületab mitmed neist takistustest, mistõttu seda saaks kasutada näiteks hõõrdumise ja kuluvuse piiramiseks mikromehhaanilistes süsteemides.
,,Leidub mitmeid mikromehhaanilisi seadmeid – näiteks liikumisandurid, raadiosagedus generaatorid, güroskoobid – kus kahe osa liikumine üksteise suhtes on väga oluline,” lausus uurimuses kaasa teinud Jefferson Zhe Liu. ,,Superlibisevus annab uue viisi selliste seadmete valmistamiseks.”
Teadusartikkel: “Observation of Microscale Superlubricity in Graphite“
Leave a Reply