Дослідники розробили метод контролю електронного тертя, постійної сили всередині матеріалів навіть на ідеально гладких поверхнях, що потенційно відкриває шлях до більш ефективних і довговічних технологій. У той час як традиційне тертя усувається мастильними матеріалами та розробкою поверхонь, ця нова керована сила виникає внаслідок взаємодії між електронами в самих матеріалах.
Проблема з «невидимим» тертям
Тертя — це основна сила, яка протидіє руху, необхідна для повсякденних дій, таких як ходьба або чиркання сірника. У машинах це основне джерело втрати енергії та зносу. Сучасні підходи спрямовані на мінімізацію механічного тертя, але навіть з ідеально гладкою поверхнею електронне тертя залишається. Це відбувається тому, що електрони в матеріалах взаємодіють під час руху, розсіюючи енергію незалежно від мастила. Проблема полягає в тому, що це «приховане» тертя продовжує існувати навіть тоді, коли механічне тертя незначне.
Новий електронний пристрій контролю тертя
Команда під керівництвом Чжипін Сю з Університету Цінхуа в Китаї побудувала пристрій, використовуючи графіт і напівпровідник (або молібден/сірка, або бор/азот). Ці матеріали за своєю природою є хорошими твердими мастилами, що означає, що між ними майже немає механічного тертя. Ця установка дозволила дослідникам виділити та вивчити електронне тертя. Вони виявили, що навіть при ідеальному механічному ковзанні рух збуджує електрони, створюючи втрату енергії.
Два способи контролювати потужність
Команда продемонструвала два способи контролю цього електронного тертя:
- Застосування тиску: це змушує електрони між шарами розділяти стани, зменшуючи енергетично дорогі взаємодії.
- Застосування «напруги зміщення»: Це регулює ступінь збурення електронного моря, ефективно контролюючи рівень тертя.
Вони ще більше покращили керування, змінюючи напругу в різних частинах пристрою, дозволяючи проводити точне налаштування, а не просто вмикати чи вимикати.
Чому це важливо
Перше спостереження електронного тертя датується 1998 роком, коли дослідники помітили його зникнення в надпровідниках при надзвичайно низьких температурах. Відтоді в цій галузі намагаються знайти способи контролювати це без зміни матеріалів або використання додаткових мастильних матеріалів. Кінцевою метою, за словами Жаклін Крим з Університету Північної Кароліни, є контроль тертя в режимі реального часу та дистанційне керування, наприклад, регулювання тяги взуття за потребою.
Майбутні перспективи
Хоча комплексна математична модель, що пов’язує всі типи тертя, все ще розробляється, Сюй вважає, що ці результати є багатообіцяючими для застосувань, де електронне тертя домінує над втратами енергії або зносом. Це дослідження може зрештою призвести до пристроїв зі значно збільшеним терміном служби та зниженим енергоспоживанням шляхом усунення раніше неконтрольованого джерела неефективності.
Здатність контролювати електронне тертя є значним кроком до більш ефективних технологій, що потенційно може вплинути на промисловість від виробництва до побутової електроніки.
