Tsinghua Üniversitesinden Quanshui Zheng liderliğindeki araştırmacılar, ilk kez makroskobik düzeyde sürtünmeyi neredeyse tamamen ortadan kaldırdı. Daha önce yalnızca mikro ve nano boyutlarda gözlenen ‘yapısal süperkayganlık’ (structural superlubricity) (SSL)), grafit ile çıplak gözle görülebilecek boyuta getirilebildi.
İki nesne birbiri üzerinde kayarken, yüzeylerindeki en küçük pürüzler bile harekete karşı koyuyor ve sürtünme kuvveti ortaya çıkıyor. 2004 yılında fizikçiler, iki grafit yüzeyin moleküler yapıları birbirine göre döndürüldüğünde sürtünmenin neredeyse tamamen ortadan kalkabildiğini göstermişti. Ancak etki mikro boyutlarda kaldı.
Çalışmanın ortak yazarı Deli Peng’e göre, “SSL yirmi yılı aşkın süre önce keşfedilmesine rağmen, uzun zamandır yalnızca mikro ve nano ölçekli sistemlerle sınırlı kalıyor. Bu olguyu makroskopik boyutlara taşımak ya da makroskopik yükler gibi pratik koşullar altında gerçekleştirmek şimdiye kadar mümkün olmuyor.”
Grafit yeniden düzenlendi
Phys.org’a göre etkinin zorluğu; grafit yüzeylerin tek kristalli yapılardan oluşmaması. Yüzey, her biri kendi içinde düzenli yapıya sahip olan ancak birbirlerine göre rastgele yönlenmiş tanelere ayrılıyor. Tanelerin boyutları yalnızca onlarca mikrometre ile sınırlı kaldığı için, daha büyük ölçeklerde yapısal süperkayganlığı korumak mümkün olmuyor.
Araştırmacılar, sorunu sürekli epitaksi yöntemiyle özel olarak üretilmiş, milimetre boyutlarında taneler içeren tek kristalli grafit filmler kullanarak ele alıyor. Epitaksi yöntemi, bir kristalin başka bir kristal yüzey üzerinde atom atom, düzenli bir şekilde büyütülmesi sürecini ifade ediyor.
Peng, yöntemi şöyle açıklıyor: “Bu yaklaşım, makroskopik alanlar boyunca atomik düzeyde yakın teması sürdüren, milimetre altı ölçekte ve neredeyse kusursuz arayüzlerin inşa edilmesini sağlıyor. Sonuç olarak, yapısal süperkayganlığın gözlemlenmesini kısıtlayan ölçek engelleri aşılmış oluyor.”
Yenilikler sayesinde ekip, ilk kez yapısal süperkayganlığı makroskopik ölçekte gösteriyor. Üst yüzeye çok farklı ağırlıklar yüklendiğinde ve yüzeyler birbirine daha fazla bastırıldığında bile sürtünme neredeyse sıfırda kalıyor.
Araştırma, yeni bir mühendislik anlayışının önünü açıyor. Hareketli parçalara sahip makinelerde aşınmayı büyük ölçüde ortadan kaldırma potansiyeli taşıyor. Motorlardan mikroelektromekanik sistemlere kadar pek çok alanda hem enerji verimliliğini artırabilecek hem de bakım ihtiyacını azaltabilecek uygulamalara işaret ediyor. Uzun vadede, sürtünmeden kaynaklanan ısı ve malzeme kayıplarının azaltılması, daha dayanıklı, daha sessiz ve daha az enerji tüketen teknolojilerin geliştirilmesine olanak tanıyabilir.
Kaynak: Physical Review Letters