Введение
Режим движения с малым или отсутствующим трением
В физике (в частности, в трибологии) суперсмазываемость – это режим движения, в котором трение исчезает или почти исчезает. Однако, что подразумевается под "исчезающим" уровнем трения, неясно, что делает термин расплывчатым. В качестве временного определения можно принять кинетический коэффициент трения менее 0,01. Это определение также требует дальнейшего обсуждения и уточнения. Суперсмазываемость может возникать, когда две кристаллические поверхности скользят друг относительно друга при сухом несоизмеримом контакте. Этот эффект, также называемый структурной смазкой, был предложен в 1991 году и с высокой точностью подтвержден между двумя графитовыми поверхностями в 2004 году. Атомы в графите ориентированы в гексагональном порядке и образуют ландшафт атомных вершин и впадин, напоминающий соты. Когда две графитовые поверхности находятся в регистре (каждые 60 градусов), сила трения велика. Когда две поверхности повернуты вне регистра, трение значительно снижается. Это похоже на два сота, которые могут скользить друг относительно друга легче, когда они "повернуты" относительно друг друга. Наблюдение суперсмазываемости в микроскопических графитовых структурах было сообщено в 2012 году путем срезания квадратной графитовой платформы размером в несколько микрометров и наблюдения за самоотделением срезанного слоя. Такие эффекты также были теоретически описаны для модели слоев графена и никеля. Это наблюдение, которое воспроизводимо даже в обычных условиях, переносит интерес к суперсмазываемости из преимущественно академической области, доступной только в строго идеализированных условиях, в область с практическими последствиями для микро- и наномеханических устройств. Состояние сверхнизкого трения также может быть достигнуто, когда острый наконечник скользит по плоской поверхности, а приложенная нагрузка ниже определенного порога. Этот "суперсмазывающий" порог зависит от взаимодействия поверхности наконечника и жесткости контактирующих материалов, как описано моделью Томлинсона. Порог можно значительно увеличить, возбуждая скользящую систему на ее резонансной частоте, что указывает на практический способ снижения износа в наноэлектромеханических системах. Суперсмазываемость также наблюдалась между золотым наконечником АСМ и тефлоновой подложкой из-за сил отталкивания Ван-дер-Ваальса и слоя, образованного водородными связями глицерином на стальных поверхностях. Было также показано, что образование слоя с водородными связями приводит к суперсмазываемости между поверхностями кварцевого стекла, смазанными биологической жидкостью, полученной из слизи Brasenia schreberi. Другие механизмы суперсмазываемости могут включать: (a) термодинамическое отталкивание из-за слоя свободных или привитых макромолекул между телами, приводящее к уменьшению энтропии промежуточного слоя на малых расстояниях из-за более сильного ограничения; (b) электрическое отталкивание из-за внешнего электрического напряжения; (c) отталкивание из-за электрического двойного слоя; (d) отталкивание из-за тепловых флуктуаций. Сходство термина суперсмазываемость с терминами, такими как сверхпроводимость и сверхтекучесть, вводит в заблуждение; другие механизмы диссипации энергии могут приводить к конечной (обычно малой) силе трения. Суперсмазываемость больше аналогична явлениям, таким как сверхэластичность, при которой вещества, такие как нитинол, имеют очень низкие, но ненулевые, упругие модули; сверхпереохлаждение, при котором вещества остаются жидкими при температуре ниже нормальной; сверхчерные материалы, которые отражают очень мало света; гигантский магнитосопротивление, при котором наблюдаются очень большие, но конечные эффекты магнитосопротивления в чередующихся немагнитных и ферромагнитных слоях; сверхтвердые материалы, такие как алмаз или почти такие же твердые, как алмаз; и суперлинзы, которые имеют разрешение, которое, хотя и тоньше дифракционного предела, все же конечно. НОТОК
Сверхжироспособность в макромасштабе
В 2015 году команда под руководством доктора Анируды Сумант из Аргоннской национальной лаборатории впервые экспериментально продемонстрировала сверхнизкое трение в истинном микромасштабе. Детальные экспериментальные исследования были поддержаны сложными вычислительными моделями. Ученые из Аргоннской лаборатории использовали суперкомпьютер Мира, проводя моделирование до 1,2 миллиона атомов для сухих сред и до 10 миллионов атомов для влажных сред.