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Physiker erklären Gesetze der Reibung auf atomarer Ebene

Für ein noch besseres  Verständnis der Effekte haben Forscher des Exzellenzzentrums für Tribologie AC2T research GmbH in Wiener Neustadt (NÖ) und der Technischen Universität (TU) Wien nun Computersimulationen entwickelt, mit deren Hilfe man die Reibung zwischen Oberflächen auf atomarer Ebene modellieren kann.

Sie simulieren das Verhalten von Nanopartikeln, die entlang einer Oberfläche bewegt werden und dabei durch Abnutzung ihre Form verändern. Das entspricht in etwa den Vorgängen beim Polieren einer Metalloberfläche mit Schleifpapier. Die Simulation berücksichtigt sämtliche Wechselwirkungen zwischen den Atomen sowie deren zeitlichen Verlauf aufgrund der Abnutzung. Wie sich dabei herausstellte, ist die effektive Kontaktfläche zwischen den Nanoobjekten der entscheidende Faktor: Sie ist das Maß für die Anzahl der Atome, die miteinander wechselwirken und somit Reibung verursachen.

Da die effektive Kontaktfläche proportional mit der Last, also der Kraft, mit der die Partikel auf die Oberfläche gepresst werden, zunimmt, ergibt sich auch für Last und Reibung ein linearer Zusammenhang - genau wie es einst da Vinci an makroskopischen Objekten beobachtet hat. Diese Erkenntnis ermögliche es nun, auch kompliziertere Fälle zu verstehen, die sich nicht mit einem so einfachen Zusammenhang zwischen Last und Reibkraft erklären ließen, so die Forscher. Gemeint ist etwa die Rasterkraftmikroskopie.

Service: http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.115.025502

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