Vaade hõõrdumise mikroskoopilistele põhjustele ja nende vältimise võimalusele.
On ilmselge, et karedad pinnad pinnad teineteisega kokkupuutel hõõrduvad. Seda põhjustab pindadel leiduvate lohkude ja muhkude osaline vastastikune sobitumine ja haakumine. Tihtipeale sobib hõõrdumisnähtus inimese soovidega hästi; on ju vaja et kruvid seinas püsiksid ja autod pidama saaks. Vahel aga oleks kasulik muuta hõõrdumine võimalikult märkamatuks. Selleks tuleb loomulikult pinnad hästi siledaks poleerida. Kas aga leidub niisugusel piir, millisest siledamaks pindu lihvida ei saa ja mis seab ka pindadevahelisele hõõrdejõule alammäära? Sileduse koha pealt on asi üsna selge – kui saavutada olukord, kus keha välispinna moodustab aatomitest või molekulidest tasand, siis samast materjalist enam siledamat pinda teha ei saa. Kas niisuguste pindade vahel toimub ka hõõrdumine ja kui, siis mil määral? Teoreetikud on selle üle mõtelnud ja jõudnud järeldusele, et kahe erineva struktuuriga sileda pinna vahel peaks hõõrdumine praktiliselt puuduma. Piltlikult võib seda põhjendada nii: kui ühe pinna aatomid paiknevad näiteks ridades kindla ridadevahelise kaugusega ja teise pinna aatomid täpselt samuti, saab võimalikuks, et need read üksteisega haakuvad ja hõõrdumine muutub väga suureks. Kui aga ridadevahelised kaugused erinevad, leidub piisavalt suure pinna korral iga haakuva reapaari kohta niisugune ridade paar, mis "kiilu" "soonest" välja tõukab. Kui pinnad sisaldavad piisava hulga aatomeid, saab tasakaal tõugete ja tõmmete vahel väga täpseks ja hõõrdumine peaks kaduma. Niisugust nähtust polnud katseliselt seni põhjalikult uuritud.
 |
| a) Saarekeste kaardistamine ja nihutamine b) Pilt ühest proovitükist |
Saksa ja USA teadlased kasutasid aluspinnana siledat süsinikplaati, millele sadestati vaakumis antimonist saarekesed pindalaga kuni 310 000nm². Aatomjõumikroskoobiga mõõdeti esmalt saarekeste paiknemine ja pindalad ning seejärel kasutati mikroskoobi teravikku, et saarekesi nihutada. Ilmnes, et umbes kolm neljandikku neist ilmutasid märgatavat vastupanu, kuid ülejäänud libisesid ilma mõõdetava hõõrdeta. Autorid märgivad, et hõõrdumata libisesid siiski vaid kuni 90nm² pindalaga saared. Mida hoolikamalt puhastati pinnad, seda suurem oli vabalt libisevate tükkide osakaal. Eksperimendi kordamisel vaakumi asemel õhu käes kadus niisugune käitumine kiiresti. Kõik see viitab, et hõõrdumist põhjustasid juhuslikult pindade vahele jäänud kõrvalised molekulid, suuremate proovide puhul võis tegu olla ka struktuurivigadega sadestatud pinnal. Hõõrdumise mikroskoopilise mehhanismi täpne tundmine on tarvilik näiteks libisevate osadega nanorobotite ja -seadmete disainimisel.
Allikad:
1. Physical Review Focus 19.09.08 To Slide or Not to Slide
2. Phys. Rev. Lett. 101, 125505 (2008) Frictional Duality Observed during Nanoparticle Sliding
Toimetas Erik Randla