Нанотрибология
Изучение явлений трения, износа, адгезии и смазки в наномасштабе
Часть серии статей на тему
Нанотехнологии
Воздействие и применение
Наноматериалы
Молекулярная самосборка
Наноэлектроника
Нанометрология
Молекулярная нанотехнология

Нанотрибология — это раздел трибологии , изучающий явления трения , износа , адгезии и смазки в наномасштабе , где атомные взаимодействия и квантовые эффекты не являются незначительными. Целью этой дисциплины является характеристика и модификация поверхностей как для научных, так и для технологических целей.

Нанотрибологические исследования исторически включали как прямые, так и косвенные методологии. [1] [2] [3] Методы микроскопии, включая сканирующий туннельный микроскоп (СТМ), атомно-силовой микроскоп (АСМ) и аппарат для измерения поверхностных сил (SFA), использовались для анализа поверхностей с чрезвычайно высоким разрешением, в то время как косвенные методы, такие как вычислительные методы [4] и кварцевый микробаланс (QCM), также широко использовались. [5] [6]

Изменяя топологию поверхностей в наномасштабе, трение может быть либо уменьшено, либо усилено более интенсивно, чем макроскопическая смазка и адгезия; таким образом, можно достичь суперсмазки и суперадгезии. В микро- и наномеханических устройствах проблемы трения и износа, которые являются критическими из-за чрезвычайно высокого отношения объема поверхности, могут быть решены путем покрытия движущихся частей суперсмазочными покрытиями . С другой стороны, там, где адгезия является проблемой, нанотрибологические методы предлагают возможность преодолеть такие трудности.

История

Трение и износ были технологическими проблемами с древних времен. С одной стороны, научный подход последних столетий к пониманию базовых механизмов был сосредоточен на макроскопических аспектах трибологии. С другой стороны, в нанотрибологии изучаемые системы состоят из нанометрических структур , где объемные силы (например, связанные с массой и гравитацией ) часто можно считать пренебрежимо малыми по сравнению с поверхностными силами . Научное оборудование для изучения таких систем было разработано только во второй половине 20-го века. В 1969 году был разработан самый первый метод изучения поведения молекулярно тонкой жидкой пленки, зажатой между двумя гладкими поверхностями через SFA. [7] С этой отправной точки в 1980-х годах исследователи использовали другие методы для исследования поверхностей твердого тела в атомном масштабе.

Прямое наблюдение трения и износа в наномасштабе началось с первого сканирующего туннельного микроскопа (СТМ), который может получать трехмерные изображения поверхностей с атомным разрешением; этот инструмент был разработан Гердом Биннингом и Генрихом Рорером в 1981 году. [8] СТМ может изучать только проводящие материалы, но в 1985 году с изобретением Биннингом и его коллегами атомно-силового микроскопа (АСМ) можно наблюдать и непроводящие поверхности. [9] Впоследствии АСМ были модифицированы для получения данных о нормальных и фрикционных силах: эти модифицированные микроскопы называются фрикционными силовыми микроскопами (ФСМ) или латеральными силовыми микроскопами (ЛСМ). Термин «нанотрибология» впервые был использован в названии публикации 1990 года [10] и в публикации 1991 года. [11] в названии крупной обзорной статьи, опубликованной в журнале Nature в 1995 году [6] и в названии крупного справочника по нанотрибологии в 1995 году. [1]

С начала 21 века методы компьютерного атомного моделирования применяются для изучения поведения отдельных неровностей, даже состоящих из нескольких атомов. Благодаря этим методам можно понять природу связей и взаимодействий в материалах с высоким пространственным и временным разрешением.

Анализ поверхности

Аппарат поверхностных сил

SFA ( Surface Forces Apparatus ) — это прибор, используемый для измерения физических сил между поверхностями, таких как адгезионные и капиллярные силы в жидкостях и парах , а также взаимодействия Ван-дер-Ваальса . [12] Начиная с 1969 года, когда был описан первый прибор такого рода, было разработано множество версий этого инструмента.

SFA 2000, который имеет меньше компонентов и более прост в использовании и очистке, чем предыдущие версии аппарата, является одним из самых современных в настоящее время оборудования, используемого для нанотрибологических целей на тонких пленках , полимерах , наночастицах и полисахаридах . SFA 2000 имеет один единственный кантилевер , который способен генерировать механически грубые и электрически тонкие движения в семи порядках величины, соответственно с катушками и с пьезоэлектрическими материалами. Сверхтонкое управление позволяет пользователю иметь точность позиционирования менее 1 Å . Образец захватывается двумя молекулярно гладкими поверхностями слюды , к которым он идеально прилипает эпитаксиально . [12]

Нормальные силы можно измерить с помощью простого соотношения:

F n o r m a l ( D ) = k ( Δ D a p p l i e d − Δ D m e a s u r e d ) {\displaystyle F_{normal}(D)=k(\Delta D_{applied}-\Delta D_{measured})}

где - приложенное смещение с использованием одного из методов управления, упомянутых ранее, - константа пружины , а - фактическая деформация образца, измеренная с помощью MBI. Более того, если тогда есть механическая нестабильность, и поэтому нижняя поверхность перейдет в более стабильную область верхней поверхности. Итак, сила адгезии измеряется по следующей формуле: Δ D a p p l i e d {\displaystyle \Delta D_{applied}} k {\displaystyle k} Δ D m e a s u r e d {\displaystyle \Delta D_{measured}} ∂ F ( D ) ∂ D > k {\displaystyle {\partial F(D) \over \partial D}>k}

F a d h e s i o n = k Δ D j u m p {\displaystyle F_{adhesion}=k\Delta D_{jump}} .

Используя модель DMT , можно рассчитать энергию взаимодействия на единицу площади :

W f l a t ( D ) = F c u r v e d ( D ) 2 π R {\displaystyle W_{flat}(D)={F_{curved}(D) \over 2\pi R}}

где — радиус кривизны, а — сила между цилиндрически изогнутыми поверхностями. [12] [13] R {\displaystyle R} F c u r v e d ( D ) {\displaystyle F_{curved}(D)}

Сканирующая зондовая микроскопия

Методы СЗМ, такие как АСМ и СТМ, широко используются в исследованиях нанотрибологии. [14] [15] [2] Сканирующий туннельный микроскоп в основном используется для морфологического топологического исследования чистого проводящего образца, поскольку он способен давать изображение его поверхности с атомным разрешением.

Атомно-силовой микроскоп является мощным инструментом для изучения трибологии на фундаментальном уровне. Он обеспечивает сверхтонкий контакт поверхности с наконечником с высокоточным контролем движения и точностью измерения на атомном уровне . Микроскоп состоит, в основном, из высокогибкого кантилевера с острым наконечником, который является частью, контактирующей с образцом, и поэтому поперечное сечение должно быть в идеале атомного размера, но на самом деле нанометрическим (радиус сечения варьируется от 10 до 100 нм). В нанотрибологии АСМ обычно используется для измерения нормальных и фрикционных сил с разрешением в пиконьютоны . [16]

Наконечник приближается к поверхности образца, в результате чего силы между последними атомами наконечника и образца отклоняют кантилевер пропорционально интенсивности этих взаимодействий. Нормальные силы изгибают кантилевер вертикально вверх или вниз от положения равновесия в зависимости от знака силы. Нормальную силу можно рассчитать с помощью следующего уравнения:

F n o r m a l = k Δ V / σ {\displaystyle F_{normal}=k\Delta V/\sigma }

где - константа пружины кантилевера, - выходной сигнал фотодетектора , представляющий собой электрический сигнал, напрямую связанный с перемещением кантилевера, а - оптическая чувствительность рычага АСМ. [17] [18] k {\displaystyle k} Δ V {\displaystyle \Delta V} σ {\displaystyle \sigma }

С другой стороны, боковые силы можно измерить с помощью FFM, который по сути очень похож на AFM. Главное отличие заключается в движении наконечника, который скользит перпендикулярно своей оси. Эти боковые силы, т.е. силы трения в данном случае, приводят к скручиванию кантилевера, которое контролируется для обеспечения того, чтобы только наконечник касался поверхности, а не других частей зонда. На каждом шагу скручивание измеряется и соотносится с силой трения с помощью этой формулы:

F f r i c t i o n a l = Δ V k ϕ 2 h e f f δ {\displaystyle F_{frictional}={{\Delta Vk_{\phi }} \over {2h_{eff}\delta }}}

где - выходное напряжение , - постоянная кручения кантилевера, - высота кончика плюс толщина кантилевера, - чувствительность к боковому отклонению. [17] Δ V {\displaystyle \Delta V} k ϕ {\displaystyle k_{\phi }} h e f f {\displaystyle h_{eff}} δ {\displaystyle \delta }

Поскольку наконечник является частью податливого аппарата, кантилевера, нагрузка может быть указана, и поэтому измерение выполняется в режиме управления нагрузкой; но таким образом кантилевер имеет нестабильности защелкивания и выщелкивания, и поэтому в некоторых областях измерения не могут быть выполнены стабильно. Эти нестабильности можно избежать с помощью методов управления смещением, одним из которых является микроскопия интерфейсных сил. [13] [19] [20]

Метчик может контактировать с образцом в течение всего процесса измерения, и это называется контактным режимом (или статическим режимом), в противном случае он может колебаться, и это называется режимом постукивания (или динамическим режимом). Контактный режим обычно применяется к твердому образцу, на котором наконечник не может оставить никаких следов износа, таких как шрамы и мусор. Для более мягких материалов режим постукивания используется для минимизации эффектов трения. В этом случае наконечник вибрирует под действием пьезоэлемента и постукивает по поверхности на резонансной частоте кантилевера, т. е. 70-400 кГц , и с амплитудой 20-100 нм, достаточно высокой, чтобы наконечник не прилипал к образцу из-за силы адгезии. [21]

Атомно-силовой микроскоп можно использовать в качестве наноиндентора для измерения твердости и модуля Юнга образца. Для этого применения наконечник изготавливается из алмаза и прижимается к поверхности примерно на две секунды, затем процедура повторяется с различными нагрузками. Твердость получается путем деления максимальной нагрузки на остаточный отпечаток индентора, который может отличаться от сечения индентора из-за явлений вдавливания или нагромождения. [22] Модуль Юнга можно рассчитать с помощью метода Оливера и Фарра, который позволяет получить соотношение между жесткостью образца , функцией области вдавливания и его модулями Юнга и Пуассона . [23]

Атомистическое моделирование

Вычислительные методы особенно полезны в нанотрибологии для изучения различных явлений, таких как наноиндентирование, трение, износ или смазка. [13] В атомистическом моделировании движение и траектория каждого отдельного атома могут быть отслежены с очень высокой точностью, и поэтому эта информация может быть связана с экспериментальными результатами, чтобы интерпретировать их, подтвердить теорию или получить доступ к явлениям, которые невидимы для прямого исследования. Более того, в атомистическом моделировании не существует многих экспериментальных трудностей, таких как подготовка образцов и калибровка приборов . Теоретически каждая поверхность может быть создана от безупречной до самой неупорядоченной. Как и в других областях, где используется атомистическое моделирование, основные ограничения этих методов основаны на отсутствии точных межатомных потенциалов и ограниченной вычислительной мощности . По этой причине время моделирования очень часто мало ( фемтосекунды ), а временной шаг ограничен 1 фс для фундаментальных симуляций и до 5 фс для крупнозернистых моделей. [13]

С помощью атомистического моделирования было продемонстрировано, что сила притяжения между наконечником и поверхностью образца при измерении с помощью СЗМ создает эффект перехода к контакту. [24] Это явление имеет совершенно иное происхождение, чем защелкивание, которое происходит в контролируемом нагрузкой АСМ, поскольку последнее возникает из-за конечной податливости кантилевера. [13] Было обнаружено происхождение атомного разрешения АСМ, и было показано, что между наконечником и образцом образуются ковалентные связи , которые доминируют над взаимодействиями Ван-дер-Ваальса, и они отвечают за такое высокое разрешение. [25] При моделировании сканирования АСМ в контактном режиме было обнаружено, что вакансия или адатом могут быть обнаружены только атомно острым наконечником. В бесконтактном режиме вакансии и адатомы можно различить с помощью так называемой техники частотной модуляции с неатомно острым наконечником. В заключение следует отметить, что только в бесконтактном режиме можно достичь атомного разрешения с помощью АСМ. [26]

Характеристики

Трение

Трение, сила, противодействующая относительному движению, обычно идеализируется с помощью некоторых эмпирических законов, таких как Первый и Второй законы Амонтона и закон Кулона . Однако в наномасштабе такие законы могут потерять свою силу. Например, второй закон Амонтона гласит, что коэффициент трения не зависит от площади контакта. Поверхности, в общем, имеют неровности, которые уменьшают реальную площадь контакта, и поэтому минимизация такой площади может минимизировать трение. [21] [27] [28]

В процессе сканирования с помощью АСМ или ФСМ зонд, скользящий по поверхности образца, проходит как через точки с низкой (стабильной), так и через точки с высокой потенциальной энергией, определяемые, например, атомными позициями или, в более широком масштабе, шероховатостью поверхности. [21] Без учета тепловых эффектов единственной силой, которая заставляет зонд преодолевать эти потенциальные барьеры, является сила упругости, создаваемая опорой: это вызывает движение прилипания-скольжения.

В наномасштабе коэффициент трения зависит от нескольких условий. Например, при легких условиях нагрузки коэффициент трения, как правило, ниже, чем в макромасштабе. При более высоких условиях нагрузки такой коэффициент, как правило, близок к макроскопическому. Температура и относительная скорость движения также могут влиять на трение.

Смазывающая способность и суперсмазывающая способность на атомном уровне

Смазка — это метод, используемый для уменьшения трения между двумя поверхностями, находящимися во взаимном контакте. Обычно смазочные материалы — это жидкости, вводимые между этими поверхностями для уменьшения трения. [21] [27]

Однако в микро- или наноустройствах часто требуется смазка, а традиционные смазочные материалы становятся слишком вязкими, когда заключены в слоях молекулярной толщины. Более эффективная техника основана на тонких пленках, обычно получаемых осаждением Ленгмюра-Блоджетт , или самоорганизующихся монослоях [29]

Тонкие пленки и самоорганизующиеся монослои также используются для усиления адгезионных явлений.

Было обнаружено, что две тонкие пленки, изготовленные из перфторированных смазочных материалов (ПФПЭ) с различным химическим составом, ведут себя противоположным образом во влажной среде: гидрофобность увеличивает силу сцепления и снижает смазку пленок с неполярными концевыми группами; вместо этого гидрофильность оказывает противоположное действие с полярными концевыми группами.

Суперсмазывающее свойство

« Сверхсмазываемость — это трибологическое состояние без трения, иногда возникающее в наноразмерных соединениях материалов». [30]

В наномасштабе трение имеет тенденцию быть неизотропным: если две поверхности, скользящие друг по другу, имеют несоизмеримые структуры поверхностных решеток, каждый атом подвергается воздействию разной силы с разных направлений. Силы в этой ситуации могут компенсировать друг друга, что приводит к практически нулевому трению.

Самое первое доказательство этого было получено с использованием UHV-STM для измерения. Если решетки несоизмеримы, трение не наблюдалось, однако, если поверхности соизмеримы, сила трения присутствует. [31] На атомном уровне эти трибологические свойства напрямую связаны с суперсмазывающими свойствами. [32]

Примером этого являются твердые смазочные материалы , такие как графит , MoS2 и Ti3SiC2: это можно объяснить низким сопротивлением сдвигу между слоями из-за слоистой структуры этих твердых веществ. [33]

Даже если в макроскопическом масштабе трение включает в себя множественные микроконтакты с разным размером и ориентацией, на основе этих экспериментов можно предположить, что большая часть контактов будет находиться в режиме суперсмазки. Это приводит к значительному снижению средней силы трения, объясняя, почему такие твердые тела обладают смазочным эффектом.

Другие эксперименты, проведенные с ЛСМ, показывают, что режим прилипания-скольжения не виден, если приложенная нормальная нагрузка отрицательна: скольжение наконечника происходит плавно, а средняя сила трения кажется равной нулю. [34]

Другие механизмы суперсмазывания могут включать: [35] (a) Термодинамическое отталкивание из-за слоя свободных или привитых макромолекул между телами, так что энтропия промежуточного слоя уменьшается на малых расстояниях из-за более сильного ограничения; (b) Электрическое отталкивание из-за внешнего электрического напряжения; (c) Отталкивание из-за двойного электрического слоя; (d) Отталкивание из-за тепловых флуктуаций. [36]

Термосмазываемость на атомном уровне

С введением AFM и FFM тепловые эффекты на смазываемость на атомном уровне больше не могли считаться незначительными. [37] Тепловое возбуждение может привести к многочисленным скачкам наконечника в направлении скольжения и обратно. Когда скорость скольжения низкая, наконечнику требуется много времени, чтобы переместиться между точками с низкой потенциальной энергией, а тепловое движение может заставить его совершать множество спонтанных прямых и обратных скачков: поэтому требуемая боковая сила, чтобы заставить наконечник следовать медленному движению опоры, мала, поэтому сила трения становится очень низкой.

Для этой ситуации был введен термин термосмазываемость.

Адгезия

Адгезия – это тенденция двух поверхностей оставаться соединенными вместе. [21] [27]

Внимание к изучению адгезии на микро- и наноуровне возросло с развитием АСМ: ее можно использовать в экспериментах по наноиндентированию для количественной оценки сил адгезии [2] [38] [39]

Согласно этим исследованиям, было обнаружено, что твердость постоянна в зависимости от толщины пленки и определяется по формуле: [40]

H = P c A c {\displaystyle H={\frac {P_{c}}{A_{c}}}}

где - площадь отпечатка, - нагрузка, приложенная к индентору. A c {\textstyle A_{c}} P c {\textstyle P_{c}}

Жесткость, определяемая как , где - глубина отпечатка, может быть получена из , радиуса линии контакта индентора с поверхностью. S = d P d h {\textstyle S={\frac {dP}{dh}}} h {\displaystyle h} r c {\textstyle r_{c}}

S = 2 ⋅ E ′ ⋅ r c {\displaystyle S=2\cdot E'\cdot r_{c}}
1 E ′ = 1 − ν i 2 E i + 1 − ν s 2 E s {\displaystyle {\frac {1}{E'}}={\frac {1-\nu _{i}^{2}}{E_{i}}}+{\frac {1-\nu _{s}^{2}}{E_{s}}}}

E ′ {\textstyle E'} — приведенный модуль Юнга, — модуль Юнга индентора и коэффициент Пуассона, — те же параметры для образца. E i {\textstyle E_{i}} ν i {\displaystyle \nu _{i}} E s {\displaystyle E_{s}} ν s {\displaystyle \nu _{s}}

Однако не всегда можно определить прямым наблюдением; это можно вывести из значения (глубины вмятины), но это возможно только в том случае, если нет провалов или скоплений (идеальные условия поверхности Снеддона). [41] r c {\textstyle r_{c}} h c {\textstyle h_{c}}

Например, если имеется углубление, а индентор имеет коническую форму, ситуация описывается ниже.

Показаны смещение кончика ( h ), упругое смещение поверхности образца на линии контакта с индентором ( he ), глубина контакта ( hc ), радиус контакта ( rc ) и угол конуса ( α ) индентора.

На изображении мы видим, что:

h = h c + h e {\displaystyle h=h_{c}+h_{e}} и r c = h c ⋅ tan ⁡ α {\displaystyle r_{c}=h_{c}\cdot \tan \alpha }

Из исследования Оливера и Фарра [38]

h e = ϵ ⋅ h {\displaystyle h_{e}=\epsilon \cdot h}

где ε зависит от геометрии индентора: конический, сферический или плоский цилиндр. ϵ = 1 − 2 π {\textstyle \epsilon =1-{\frac {2}{\pi }}} ϵ = 1 2 {\textstyle \epsilon ={\frac {1}{2}}} ϵ = 1 {\textstyle \epsilon =1}

Таким образом, Оливер и Фарр не рассматривали силу адгезии, а только силу упругости, поэтому они пришли к выводу:

F e = 2 π ⋅ E ′ ⋅ tan ⁡ α ⋅ ( h − h f ) 2 {\displaystyle F_{e}={\frac {2}{\pi }}\cdot E'\cdot \tan \alpha \cdot (h-h_{f})^{2}}

Учитывая силу сцепления [41]

P = F e + F a {\displaystyle P=F_{e}+F_{a}}

Представляем в качестве энергии адгезии и в качестве работы адгезии: W a {\textstyle W_{a}} γ a {\displaystyle \gamma _{a}}

W a = − γ a ⋅ 4 ⋅ tan ⁡ α π ⋅ cos ⁡ α ⋅ h c 2 {\displaystyle W_{a}={\frac {-\gamma _{a}\cdot 4\cdot \tan \alpha }{\pi \cdot \cos \alpha }}\cdot h_{c}^{2}}

получение

F a = − γ a ⋅ 8 tan ⁡ α π ⋅ cos ⁡ α ⋅ ( h − h f ) {\displaystyle F_{a}=-{\frac {\gamma _{a}\cdot 8\tan \alpha }{\pi \cdot \cos \alpha }}\cdot (h-h_{f})}

В заключение:

P ( h ) = 2 E ′ ⋅ tan ⁡ α π ⋅ ( h − h f ) 2 − γ a ⋅ 8 tan ⁡ α π ⋅ cos ⁡ α ⋅ ( h − h f ) {\displaystyle P(h)={\frac {2E'\cdot \tan \alpha }{\pi }}\cdot (h-h_{f})^{2}-{\frac {\gamma _{a}\cdot 8\tan \alpha }{\pi \cdot \cos \alpha }}\cdot (h-h_{f})}

Последствия дополнительного срока адгезии видны на следующем графике:

Кривые зависимости смещения от нагрузки, демонстрирующие влияние силы адгезии

Во время нагрузки глубина вдавливания больше, когда адгезия не является незначительной: силы адгезии способствуют работе вдавливания; с другой стороны, во время процесса разгрузки силы адгезии противодействуют процессу вдавливания.

Адгезия также связана с капиллярными силами, действующими между двумя поверхностями в присутствии влажности. [42]

Применение исследований адгезии

Это явление очень важно в тонких пленках, поскольку несоответствие между пленкой и поверхностью может привести к внутренним напряжениям и, как следствие, к нарушению связи между ними.

При приложении нормальной нагрузки с помощью индентора пленка деформируется пластически, пока нагрузка не достигнет критического значения: начнет развиваться межфазный разрыв. Трещина распространяется радиально, пока пленка не прогнется. [40]

С другой стороны, адгезия также исследовалась на предмет ее биомиметического применения: несколько существ, включая насекомых, пауков, ящериц и гекконов, развили уникальную способность лазать, которую пытаются воспроизвести в синтетических материалах.

Было показано, что многоуровневая иерархическая структура обеспечивает усиление адгезии: синтетическая адгезивная структура, воспроизводящая организацию лапок геккона , была создана с использованием методов нанопроизводства и самосборки . [43]

Носить

Износ связан с удалением и деформацией материала, вызванными механическими воздействиями. В наномасштабе износ неравномерен. Механизм износа обычно начинается на поверхности материала. Относительное движение двух поверхностей может вызывать вмятины, полученные путем удаления и деформации поверхностного материала. Продолжающееся движение может в конечном итоге увеличивать как ширину, так и глубину этих вмятин. [21] [27]

В макромасштабе износ измеряется путем количественной оценки объема (или массы) потери материала или путем измерения отношения объема износа к рассеиваемой энергии. Однако в наномасштабе измерение такого объема может быть затруднено, и поэтому можно использовать оценку износа путем анализа изменений в топологии поверхности, как правило, с помощью сканирования АСМ. [44] [2]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Аб Бхушан, Бхарат (1999). Справочник по микро/нанотрибологии (2-е изд.). Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. стр.  1–833 . ISBN. 9780849384028.
  2. ^ abcd Бхушан, Бхарат (2017). Нанотрибология и наномеханика: Введение (4-е изд.). Springer. С.  1–928 . ISBN 978-3-319-51433-8.
  3. ^ Крим, Дж. (1996). «Трение в атомном масштабе». Scientific American . 275 (4): 74– 80. Bibcode : 1996SciAm.275d..74K. doi : 10.1038/scientificamerican1096-74. JSTOR  24993406.
  4. ^ Ринглейн, Джеймс; Роббинс, Марк О. (2004). «Понимание и иллюстрация атомного происхождения трения». Am. J. Phys . 72 (7): 884. Bibcode : 2004AmJPh..72..884R. doi : 10.1119/1.1715107.
  5. ^ Muser, MH; Urbackh, M.; Robbins, MO (2003). "Статистическая механика статического и низкоскоростного кинетического трения". Advances in Chemical Physics . 126 : 187. doi :10.1002/0471428019.ch5. ISBN 9780471235828.
  6. ^ ab Bhushan, B.; Israelachvili, JN; Landman, U. (1995). «Нанотрибология: трение, износ и смазка на атомном уровне». Nature . 374 (6523): 607– 616. Bibcode :1995Natur.374..607B. doi :10.1038/374607a0. S2CID  4263053.
  7. ^ Табор, Д.; Винтертон, Р. Х. С. (1969-09-30). «Прямое измерение нормальных и запаздывающих сил Ван-дер-Ваальса». Труды Лондонского королевского общества A: Математические, физические и инженерные науки . 312 (1511): 435– 450. Bibcode : 1969RSPSA.312..435T. doi : 10.1098/rspa.1969.0169. ISSN  1364-5021. S2CID  96200833.
  8. ^ Бинниг, Г. (1982-01-01). «Исследования поверхности с помощью сканирующей туннельной микроскопии». Physical Review Letters . 49 (1): 57– 61. Bibcode : 1982PhRvL..49...57B. doi : 10.1103/PhysRevLett.49.57 .
  9. ^ Binnig, G.; Quate, CF; Gerber, Ch. (1986-03-03). "Атомно-силовой микроскоп". Physical Review Letters . 56 (9): 930– 933. Bibcode : 1986PhRvL..56..930B. doi : 10.1103/PhysRevLett.56.930 . PMID  10033323.
  10. ^ Нойбауэр, Г.; Коэн, С.Р.; Макклелланд, Г.М.; Хаджиме, С. (1990). «Нанотрибология алмазных пленок, изученная с помощью атомно-силовой микроскопии». Труды MRS . 188 : 219. doi :10.1557/PROC-188-219.
  11. ^ Крим, Дж.; Солина, Д. Х.; Кьярелло, Р. (1991-01-14). «Нанотрибология монослоя Kr: исследование атомного трения с помощью микробаланса кварцевого кристалла». Physical Review Letters . 66 (2): 181– 184. Bibcode : 1991PhRvL..66..181K. doi : 10.1103/PhysRevLett.66.181. PMID  10043531. S2CID  40001657.
  12. ^ abc Israelachvili, J; Min, Y; Akbulut, M; Alig, A; Carver, G; Greene, W; Kristiansen, K; Meyer, E; Pesika, N (2010). "Последние достижения в технике аппарата поверхностных сил (SFA)". Reports on Progress in Physics . 73 (3): 036601. Bibcode : 2010RPPh...73c6601I. doi : 10.1088/0034-4885/73/3/036601. S2CID  53958134.
  13. ^ abcde Szlufarska, Izabela; Chandross, Michael; Carpick, Robert W (2008). "Последние достижения в одношероховатой нанотрибологии". Journal of Physics D: Applied Physics . 41 (12): 123001. Bibcode : 2008JPhD...41l3001S. doi : 10.1088/0022-3727/41/12/123001. S2CID  11348039.
  14. ^ Бхушан, Бхарат (1995). «Нанотрибология: Трение, износ и смазка на атомном уровне». Nature . 374 (6523): 607. Bibcode :1995Natur.374..607B. doi :10.1038/374607a0. S2CID  4263053.
  15. ^ Лукас, Марсель; Чжан, Сяохуа; Палачи, Исмаэль; Клинке, Кристиан; Тосатти, Эрио; Риедо, Элиза (ноябрь 2009 г.). «Затрудненное вращение и анизотропия трения в поддерживаемых углеродных нанотрубках». Nature Materials . 8 (11): 876– 881. arXiv : 1201.6487 . Bibcode :2009NatMa...8..876L. doi :10.1038/nmat2529. ISSN  1476-4660. PMID  19749768. S2CID  3844211.
  16. ^ Смит, Дж. Р.; Ларсон, К.; Кэмпбелл, С. А. (2011-01-01). «Недавние применения СЭМ и АСМ для оценки топографии металла и связанных с ним покрытий — обзор». Transactions of the IMF . 89 (1): 18– 27. doi :10.1179/174591910X12922367327388. ISSN  0020-2967. S2CID  137321931.
  17. ^ ab Альварес-Асенсио, Рубен. «Нанотрибология, поверхностные взаимодействия и характеристика: исследование АСМ» (PDF) .
  18. ^ Лю, Ю. «Атомно-силовая микроскопия для лучшего исследования свойств поверхности в наномасштабе: калибровка, проектирование и применение».
  19. ^ Джойс, Стивен А.; Хьюстон, Дж. Э. (1991-03-01). «Новый датчик силы, включающий управление с обратной связью по силе для микроскопии сил на границе раздела». Обзор научных инструментов . 62 (3): 710– 715. Bibcode : 1991RScI...62..710J. doi : 10.1063/1.1142072. ISSN  0034-6748.
  20. ^ Джойс, Стивен А.; Хьюстон, Дж. Э.; Михальске, ТА (1992-03-09). «Дифференциация топографических и химических структур с использованием интерфейсного силового микроскопа». Applied Physics Letters . 60 (10): 1175– 1177. Bibcode : 1992ApPhL..60.1175J. doi : 10.1063/1.107396. ISSN  0003-6951.
  21. ^ abcdef Бхушан, Бхарат (2013). Принципы и применение трибологии, 2-е издание . Нью-Йорк: John Wiley & Sons, Ltd., Publication. ISBN 978-1-119-94454-6.
  22. ^ Бхушан, Бхарат (2013). Принципы и применение трибологии, 2-е издание . Нью-Йорк: John Wiley & Sons, Ltd., Publication. стр.  711– 713. ISBN 978-1-119-94454-6.
  23. ^ Оливер, Уоррен К. (январь 2004 г.). «Измерение твердости и модуля упругости с помощью инструментального индентирования: достижения в понимании и уточнения методологии». Журнал исследований материалов . 19 (1): 3. Bibcode : 2004JMatR..19....3O. doi : 10.1557/jmr.2004.19.1.3. S2CID  135628097.
  24. ^ Pethica, JB; Sutton, AP (1988-07-01). «О стабильности острия и плоскости при очень малых расстояниях». Journal of Vacuum Science & Technology A. 6 ( 4): 2490–2494 . Bibcode : 1988JVSTA...6.2490P. doi : 10.1116/1.575577. ISSN  0734-2101.
  25. ^ Перес, Рубен; Штих, Иван; Пейн, Майкл К.; Теракура, Киёюки (1998-10-15). "Взаимодействие поверхности и острия в бесконтактной атомно-силовой микроскопии на реактивных поверхностях: Si(111)". Physical Review B. 58 ( 16): 10835– 10849. Bibcode : 1998PhRvB..5810835P. doi : 10.1103/PhysRevB.58.10835.
  26. ^ Abdurixit, A; Baratoff, A; Meyer, E (2000-04-02). "Моделирование молекулярной динамики динамической силовой микроскопии: применение к поверхности Si(111)-7×7". Applied Surface Science . 157 (4): 355– 360. arXiv : cond-mat/0003004 . Bibcode :2000ApSS..157..355A. doi :10.1016/S0169-4332(99)00566-8. S2CID  95706125.
  27. ^ abcd Бхушан, Бхарат (2013). Введение в трибологию (2-е изд.). Нью-Йорк: Уайли. ISBN 9781118403259.
  28. ^ Бхушан, Бхарат; Израэлашвили, Якоб Н.; Ландман, Узи (1995-04-13). «Нанотрибология: трение, износ и смазка на атомном уровне». Nature . 374 (6523): 607– 616. Bibcode :1995Natur.374..607B. doi :10.1038/374607a0. S2CID  4263053.
  29. ^ Бхушан, Бхарат (28.04.2008). «Нанотрибология, наномеханика и характеристика наноматериалов». Philosophical Transactions of the Royal Society of London A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences . 366 (1869): 1351– 1381. Bibcode : 2008RSPTA.366.1351B. doi : 10.1098/rsta.2007.2163. ISSN  1364-503X. PMID  18156126. S2CID  25593355.
  30. ^ Hod, Oded (2012-08-20). "Сверхсмазываемость - новый взгляд на устоявшуюся парадигму". Physical Review B. 86 ( 7): 075444. arXiv : 1204.3749 . Bibcode : 2012PhRvB..86g5444H. doi : 10.1103/PhysRevB.86.075444. ISSN  1098-0121. S2CID  119251977.
  31. ^ Хирано, Мотохиса; Синдзё, Казумаса; Канеко, Рейдзо; Мурата, Ёситада (1997-02-24). «Наблюдение сверхсмазываемости с помощью сканирующей туннельной микроскопии». Physical Review Letters . 78 (8): 1448– 1451. Bibcode : 1997PhRvL..78.1448H. doi : 10.1103/PhysRevLett.78.1448.
  32. ^ Бенневиц, Роланд (2007-01-01). "Микроскопия силы трения". В Gnecco, д-р Энрико; Мейер, профессор д-р Эрнст (ред.). Основы трения и износа . Нанонаука и технология. Springer Berlin Heidelberg. стр.  1– 14. doi :10.1007/978-3-540-36807-6_1. ISBN 9783540368069.
  33. ^ Динвибель, Мартин (2004-01-01). "Сверхсмазочные свойства графита". Physical Review Letters . 92 (12): 126101. Bibcode : 2004PhRvL..92l6101D. doi : 10.1103/PhysRevLett.92.126101. PMID  15089689. S2CID  26811802.
  34. ^ Socoliuc, Anisoara; Gnecco, Enrico; Maier, Sabine; Pfeiffer, Oliver; Baratoff, Alexis; Bennewitz, Roland; Meyer, Ernst (2006-07-14). "Управление трением в атомном масштабе путем приведения в действие контактов нанометрового размера". Science . 313 (5784): 207– 210. Bibcode :2006Sci...313..207S. doi :10.1126/science.1125874. ISSN  0036-8075. PMID  16840695. S2CID  43269213.
  35. ^ Попов, Валентин Л. (2020). «Контакты с отрицательной работой «адгезии» и суперсмазываемостью». Front. Mech. Eng . 5 : 73. doi : 10.3389/fmech.2019.00073 . S2CID  210840278.
  36. ^ Чжоу, Юньонг; Ван, Анле; Мюзер, Мартин Х. (2019). «Как тепловые флуктуации влияют на отталкивание твердых стенок и, следовательно, на механику контакта Герца». Frontiers in Mechanical Engineering . 5 . doi : 10.3389/fmech.2019.00067 .
  37. ^ Jinesh, KB; Krylov, S. Yu.; Valk, H.; Dienwiebel, M.; Frenken, JWM (2008-10-30). "Thermolubricity in atomic-scale training". Physical Review B. 78 ( 15): 155440. Bibcode : 2008PhRvB..78o5440J. doi : 10.1103/PhysRevB.78.155440.
  38. ^ ab Оливер, В.; Фарр, Г. (1992-06-01). "Улучшенная методика определения твердости и модуля упругости с использованием экспериментов по индентированию с измерением нагрузки и смещения". Журнал исследований материалов . 7 (6): 1564– 1583. Bibcode : 1992JMatR...7.1564O. doi : 10.1557/JMR.1992.1564. ISSN  2044-5326. S2CID  137098960.
  39. ^ Снеддон, Ян Н. (1965-05-01). «Соотношение между нагрузкой и проникновением в осесимметричной задаче Буссинеска для штампа произвольного профиля». Международный журнал инженерных наук . 3 (1): 47– 57. doi :10.1016/0020-7225(65)90019-4.
  40. ^ ab Matthewson, MJ (1986-11-24). "Измерение адгезии тонких пленок методом индентирования". Applied Physics Letters . 49 (21): 1426– 1428. Bibcode : 1986ApPhL..49.1426M. doi : 10.1063/1.97343. ISSN  0003-6951.
  41. ^ ab Sirghi, L.; Rossi, F. (2006-12-11). "Адгезия и эластичность при наномасштабном индентировании". Applied Physics Letters . 89 (24): 243118. Bibcode : 2006ApPhL..89x3118S. doi : 10.1063/1.2404981. ISSN  0003-6951.
  42. ^ Szoszkiewicz, Robert; Riedo, Elisa (2005-09-22). "Время зарождения наномасштабных водных мостиков". Physical Review Letters . 95 (13): 135502. Bibcode : 2005PhRvL..95m5502S. doi : 10.1103/PhysRevLett.95.135502. hdl : 1853/45727 . PMID  16197146.
  43. ^ Бхушан, Бхарат (2007-01-01). «Адгезия многоуровневых иерархических систем прикрепления в ногах геккона». Журнал науки и технологии адгезии . 21 ( 12– 13): 1213– 1258. doi : 10.1163/156856107782328353. ISSN  0169-4243. S2CID  137062774.
  44. ^ Ачанта, Сатиш; Селис, Жан-Пьер (1 января 2007 г.). Ньекко, доктор Энрико; Мейер, профессор доктор Эрнст (ред.). Нанотрибология МЭМС/НЭМС . Нанонаука и технологии. Шпрингер Берлин Гейдельберг. стр.  521–547 . doi : 10.1007/978-3-540-36807-6_23. ISBN 9783540368069.
  • Socoliuc, A; Gnecco, E; Maier, S; Pfeiffer, O; Baratoff, A; Bennewitz, R; Meyer, E (2006). «Управление трением в атомном масштабе путем приведения в действие контактов нанометрового размера». Science . 313 (5784): 207– 10. Bibcode :2006Sci...313..207S. doi :10.1126/science.1125874. PMID  16840695. S2CID  43269213.
  • Лаборатория нанотрибологии для хранения информации и MEMS/NEMS
  • Нанотрибология на TRIBONET
  • Лаборатория нанотрибологии в Пенсильванском университете
  • Лаборатория нанотрибологии в Университете штата Северная Каролина
  • Центр исследований и образования в области трения в атомном масштабе (AFRESH) — виртуальная инженерная организация для сообщества специалистов по трению в атомном масштабе, позволяющая обмениваться, архивировать, связывать и обсуждать данные, знания и инструменты, связанные с трением в атомном масштабе.
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Nanotribology&oldid=1225396880"