ارتباط معکوس ضخامت و روان کنندگی در مقیاس نانو

روان کردن بخش‏های متحرک سیستم‏های مکانیکی در مقیاس نانو، مشکل است زیرا مایعات از سطح تماس به راحتی به بیرون رانده می‏شوند. روان کننده‏های جامد مانند گرافن و سولفید مولیبدن(MoS2) به عنوان جایگزین استفاده می‏شوند، اما محققان هنوز به طور کامل به نحوه‏ی رفتار این روان کننده‏ها در مقیاس نانو پی نبرده‏اند.

روان کردن بخش‏های متحرک سیستم‏های مکانیکی در مقیاس نانو، مشکل است زیرا مایعات از
سطح تماس به راحتی به بیرون رانده می‏شوند. روان کننده‏های جامد مانند گرافن و
سولفید مولیبدن(۲MoS) به عنوان جایگزین استفاده می‏شوند، اما محققان هنوز به طور
کامل به نحوه‏ی رفتار این روان کننده‏ها در مقیاس نانو پی نبرده‏اند.

در حال حاضر محققان ایالات متحده و اروپا به کشفیاتی در باره‏ی اصطکاک در مقیاس
نانو دست یافته‏اند که در روانکاری سیستم‏های نانو یا میکرو الکترو مکانیکی، کاربرد
دارد. این محققان از میکروسکوپ نیروی اصطکاکی۱ برای مقایسه‏ی فیلم‏های نازک و نمونه‏های
بالک چهار ماده استفاده کرده‏اند. با وجود تفاوت‏های فیزیکی بین این چهار ماده شامل
گرافن، سولفید مولیبدن (نیمه رسانا)، نیودیوم دی سلناید (فلزی) و نیترید بور شش
وجهی (عایق)، همگی با افزایش لایه‏های اتمی، افزایشی یکنواختی در اصطکاک نشان می‏دهند.

محققان این آزمایش را در شرایط متفاوت محیطی شامل رطوبت، سرعت پویش، شعاع سوزن
میکروسکپ، بار خارجی و حتی نمونه‏های معلق روی لایه‏های صفحه تکرار کردند و در تمام
شرایط به این نتیجه رسیدند که اصطکاک با نازک شدن لایه‏ها افزایش می‏یابد زیرا
چسبیدن لایه به نوک جسم متحرک و جمع شدن لایه، آسان‏تر می‏شود. (شکل ۱)

رابرت دابلیو کارپیک۲ می‏گوید: ما این مکانیزم را که سبب اصطکاک بیشتر در لایه‏های
نازک تر می‏شود، “اثر جمع شدگی” می‏نامیم. محققان دریافته‏اند که این روال را
می‏توان در صفحات گرافن که روی یک سطح صاف و پر انرژی میکا قرار گرفته‏اند و قویا
به آن متصل شده‏اند، متوقف کرد. این نتایج ثابت می‏کند که برای مثال، تک صفحات
گرافن، روان کنندگی خوبی ندارند، اما افزودن چند لایه تغییر زیادی را به وجود خواهد
آورد.

ایزابلا لوفارسکا از دانشگاه ویسکونسین-مادیسون می‏گوید: “ایده‏های مختلفی در این
مقاله برای توضیح وابستگی اصطکاک به تعداد لایه‏های اتمی مطرح شده است. این کار
تحقیقاتی جدید با اطلاعات موجود سازگار است و ممکن است این مکانیزم توانایی توجیه
وابستگی قبلی گزارش شده‏ی اصطکاک به تعداد لایه‏های اتمی را داشته باشد[۱].” او
معتقد است اگر چه آزمایشات در خلا بسیار دقیق و فیلم‏های غیر ارگانیک انجام شده
است، درک اینکه این مشاهدات در شرایط دیگر محیطی مانند محیط آبی یا برای غشاعای
بیولوژیکی تکرار می‏شوند، ممکن است گمراه کننده باشد.

 

پی‌نوشت:
۱- FFM
۲- Robert W. Carpick