Tsinghua Universiteti tərəfindən

Sadie Harley tərəfindən redaktə edilmiş , Robert Eqan tərəfindən nəzərdən keçirilmişdir

 Redaktorların qeydləriIr/Gr/Ni interfeysinin DFT + NEGF ilə hesablanmış c-AFM eksperimental quraşdırmaları və cərəyan sıxlığı. Kredit: Nature Communications (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-59989-4

Tsinghua Universitetinin Mexanika Mühəndisliyi Departamentindən professor Tian-Bao Ma-nın rəhbərlik etdiyi tədqiqat qrupu alternativ elektrik cərəyanının tətbiqi vasitəsilə dinamik elektron sıxlığın yenidən paylanmasına səbəb olmaqla sürtünmə və aşınmanı azaltmaq üçün yeni strategiya təklif etmişdir.

Bu üsul alternativ cərəyanın amplitudasını və tezliyini tənzimləməklə sürtünmənin çevik və ani modulyasiyasına imkan verir . Maraqlıdır ki, yüksək təmas təzyiqi və cərəyan sıxlığı altında uzun müddət ərzində aşağı sürtünmə və aşınmanı saxlayır, yalnız aşağı sürmə gərginliyi tələb edir.

Nəticələr Nature Communications jurnalında dərc olunub .

Sürtünmə və aşınma gündəlik həyatda hər yerdə olur və enerji itkisi və komponentlərin deqradasiyası üçün əsas mənbələrdir. Sürtünməni azaltmaq əsrlər boyu bəşəriyyətin axtarışı olmuşdur. Bugünkü atom səviyyəsində sürtünmə anlayışı ilə tədqiqatçılar fazalərarası atomların konfiqurasiyasına və hərəkətinə nəzarət edərək sürtünməni azalda bilmişlər. Bununla belə, interfasial elektron xassələri modulyasiya etməklə sürtünmənin daha da azaldılması qeyri-müəyyən olaraq qalır.

Komanda aşkar etdi ki, keçirici atom qüvvəsi mikroskopiyası (c-AFM) təcrübələrində, xüsusi tezliklərdə alternativ cərəyan (AC) tətbiqi Ir ilə örtülmüş keçirici AFM ucu ilə qrafen (Ni substratda) arasındakı sürtünmə qüvvəsini təxminən 75% azalda bilər və bu aşağı sürtünmə səviyyəsini 70.000 saniyə təzyiq altında və GPa19 təzyiq altında saxlaya bilər . 100 GA/m ² , müşahidə olunan aşınma ilə.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=280&slotname=8188791252&adk=1645945215&adf=308666314&pi=t.ma~as.8188791252&w=750&abgtt=6&fwrn=4&fwrnh=0&lmt=1752134435&rafmt=1&armr=3&format=750×280&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2025-07-alternating-current-friction-redistributing-electronic.html&fwr=0&rpe=1&resp_fmts=3&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTM4LjAuNzIwNC45NyIsbnVsbCwwLG51bGwsIjY0IixbWyJOb3QpQTtCcmFuZCIsIjguMC4wLjAiXSxbIkNocm9taXVtIiwiMTM4LjAuNzIwNC45NyJdLFsiR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjEzOC4wLjcyMDQuOTciXV0sMF0.&dt=1752134431133&bpp=1&bdt=56&idt=55&shv=r20250708&mjsv=m202507020101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Df22668bce9793ae4%3AT%3D1735196613%3ART%3D1752134382%3AS%3DALNI_Mb4Xpwl1SO1AcvqroR6xccDm_sheQ&gpic=UID%3D00000f7c5320f40b%3AT%3D1735196613%3ART%3D1752134382%3AS%3DALNI_Mb1dz_DHiT2yDzXLMaB9CDkQl4XGg&eo_id_str=ID%3D1241933dda87baba%3AT%3D1750839581%3ART%3D1752134382%3AS%3DAA-AfjZwPuiSAour3k16ZA1JtXua&prev_fmts=0x0%2C336x280&nras=1&correlator=2327733474795&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=3&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=448&ady=1929&biw=1905&bih=945&scr_x=0&scr_y=0&eid=31093273%2C95353386%2C95362655%2C95365234%2C95365461%2C95359265%2C95365797&oid=2&pvsid=5244430499146279&tmod=915215419&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fpage3.html&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=0&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=1&fsb=1&dtd=4814

Mexanik vibrasiyanın yaratdığı sürtünmənin azaldılmasından fərqli olaraq, sürtünməni minimuma endirmək üçün optimal AC tezliyi sistemin rezonans tezliyinə uyğun gəlmir, əksinə, yuyucu lövhənin tezliyi ilə bağlıdır. Üstəlik, alternativ cərəyanın yaratdığı elektrostatik qüvvə (1 nN qaydasında) normal yükdən (təxminən 840 nN) əhəmiyyətli dərəcədə kiçikdir, bu da fərqli bir əsas mexanizmi göstərir.

Birinci prinsiplərin hesablamaları göstərir ki, AC tərəfindən tetiklenen elektron sıxlığın dinamik yenidən bölüşdürülməsi sürtünmənin azaldılması üçün əsas mexanizmdir, mexaniki vibrasiya və ya termal aktivləşdirmə üsullarından əsaslı şəkildə fərqlənir.

Yanlış gərginlik tətbiq edildikdə, fazalararası elektrostatik potensial paylanması dəyişir, bu da interfeysdəki elektronların yenidən paylanmasına səbəb olur, bu da öz növbəsində fazalərarası atom qüvvələrini dəyişdirir.

Elektronların bu dinamik yenidən bölüşdürülməsinin sürtünməyə niyə təsir etdiyini kəmiyyətcə başa düşmək üçün komanda PTT-E (Elektriklə Termal Aktivləşdirilmiş Prandtl-Tomlinson) modelini əldə etdi.

Bu model göstərir ki, elektronların yenidən bölüşdürülməsi nəticəsində yaranan qüvvə pozğunluğu atomlar üçün sürüşmə enerji maneələrini dəf etmək üçün əlavə hərəkətverici qüvvə təmin edir və bununla da sürtünmə qüvvəsini azaldır .

Sürtünmənin AC amplitudası, tezliyi və sürüşmə sürəti ilə necə dəyişdiyinə dair model proqnozları eksperimental nəticələrlə yaxşı uyğunlaşır və sürtünmə modulyasiyasına elektron töhfənin anlaşılmasına və proqnozlaşdırılmasına işıq salır.

Komanda daha sonra nümayiş etdirdi ki, bu elektron şəkildə aktivləşdirilmiş effekt Ir/qrafen/Cu və Ir/h-BN/Au sistemləri kimi digər 2D material-metal interfeyslərə də aiddir. Yüksək keçirici sistemlərdə fazalararası elektron bölüşdürülməsi daha aydın olur, nəticədə sürtünmənin daha çox azalması müşahidə olunur.

Professor Ma şərh etdi: “Elektriklə aktivləşdirilmiş sürtünmə azaldılmasının bu mexanizmi sürtünmə modulyasiyasına elektron töhfələri anlamaq və proqnozlaşdırmaq üçün nəzəri çərçivə təmin edən müxtəlif keçirici 2D material interfeyslərinə tətbiq olunur.

“Bu, onilliklər ərzində MEMS/NEMS-in praktiki tətbiqinə mane olan əsas problemlərdən birinə, yəni yüksək mexaniki yük altında ciddi aşınmaya yeni bir həll təklif edə bilər.”

Daha çox məlumat: Song, A. et al. Keçirici AFM təcrübələrində alternativ elektrik cərəyanı tətbiq etməklə sürtünmə qüvvəsinin tənzimlənməsi və aşınmanın azaldılması. Təbiət Əlaqələri (2025). doi.org/10.1038/s41467-025-59989-4

Jurnal məlumatı: Nature Communications 

Tsinghua Universiteti tərəfindən təmin edilmişdir