Výzkumníci vyvinuli metodu pro řízení elektronického tření, konstantní síly v materiálech i na dokonale hladkých površích, což potenciálně otevírá cestu k účinnějším a odolnějším technologiím. Zatímco tradiční tření je eliminováno mazivy a povrchovým inženýrstvím, tato nově řízená síla vzniká interakcí mezi elektrony v samotných materiálech.
Problém s “neviditelným” třením
Tření je základní síla bránící pohybu potřebná pro každodenní činnosti, jako je chůze nebo škrtnutí zápalky. U strojů je hlavním zdrojem energetických ztrát a opotřebení. Moderní přístupy se zaměřují na minimalizaci mechanického tření, ale i při dokonale hladkém povrchu zůstává elektronické tření. K tomu dochází, protože elektrony v materiálech interagují, když se pohybují, a rozptylují energii nezávisle na mazání. Problém je v tom, že toto „skryté“ tření nadále existuje, i když je mechanické tření zanedbatelné.
Nové elektronické zařízení pro kontrolu tření
Tým vedený Zhipingem Xuem z Tsinghua University v Číně postavil zařízení pomocí grafitu a polovodiče (buď molybden/síra nebo bor/dusík). Tyto materiály jsou ze své podstaty dobrými tuhými mazivy, což znamená, že mezi nimi není téměř žádné mechanické tření. Toto nastavení umožnilo výzkumníkům izolovat a studovat elektronické tření. Zjistili, že i při dokonalém mechanickém klouzání pohyb excituje elektrony, čímž dochází ke ztrátě energie.
Dva způsoby ovládání napájení
Tým ukázal dva způsoby, jak ovládat toto elektronické tření:
- Použití tlaku: To nutí elektrony mezi vrstvami sdílet stavy, čímž se snižují energeticky nákladné interakce.
- Použití “bias voltage”: Toto reguluje stupeň narušení elektronového moře a účinně kontroluje úroveň tření.
Dále vylepšili ovládání změnou napětí v různých částech zařízení, což umožňuje jemné doladění spíše než pouhé zapínání nebo vypínání.
Proč je to důležité
První pozorování elektronického tření se datuje do roku 1998, kdy vědci zaznamenali jeho mizení v supravodičích při extrémně nízkých teplotách. Od té doby se obor snaží najít způsoby, jak jej ovládat bez výměny materiálů nebo použití dalších maziv. Konečným cílem je podle Jacqueline Krim z University of North Carolina řízení tření v reálném čase a na dálku – jako je úprava trakce boty na vyžádání.
Budoucí vyhlídky
Ačkoli se stále vyvíjí komplexní matematický model týkající se všech typů tření, Xu věří, že tyto výsledky jsou slibné pro aplikace, kde elektronické tření dominuje ztrátám energie nebo opotřebení. Tento výzkum by nakonec mohl vést k zařízením s výrazně zvýšenou životností a sníženou spotřebou energie odstraněním dříve nekontrolovaného zdroje neefektivity.
Schopnost řídit elektronické tření představuje významný krok směrem k účinnějším technologiím, které mohou mít dopad na průmyslová odvětví od výroby po spotřební elektroniku.
