3725451501

siedemdziesiątych XX w., kiedy to udoskonalenie techniki próżniowej umożliwiło otrzymywanie dobrze zdefiniowanych powierzchni krystalicznych. W kolejnych latach techniki eksperymentalne takie jak mikrowaga kwarcowa (QCM - Quartz Crystal Microbalance), aparatura do pomiaru sił powierzchniowych (SFA - Surface Forces Apparatus), czy wynaleziony w 1986 roku mikroskop sił atomowych (AFM - Atomie Force Microscope) zostały zastosowane do badań zjawisk tribologicznych. Przyrządy te umożliwiły rejestrację tarcia w znacznie prostszej geometrii np. pojedynczego ostrza stykającego się z powierzchnią, lub badania reologiczne warstw cieczy molekularnej grubości pomiędzy dwiema gładkimi powierzchniami. Równie istotny był rozwój symulacji komputerowych modelujących procesy tribologiczne na poziomie atomowym.

Badania za pomocą mikroskopu sił atomowych wskazują, że siła tarcia wykazuje silnie nieliniowe zachowanie w funkcji wartości siły normalnej. Płynące z tego faktu wnioski można podsumować następująco [15]:

•    Obserwowana siła tarcia jest proporcjonalna do pola powierzchni styku, co stoi w sprzeczności z drugim prawem Amontonsa. W przypadku styku Hertza

y

(omówionego w Rozdz. 5.3.1) prowadzi to do proporcjonalności F : Ar³.

•    Naprężenie ścinające zdefiniowane jako stosunek siły tarcia do pola powierzchni styku, F/A, zależy jedynie od rodzaju materiału i warunków środowiska, np. temperatury, wilgotności, nie zależy od nacisku, p = N/A, w styku. Stwierdzenie to stoi w sprzeczności z pierwszym prawem Amontonsa.

Z punktu widzenia pomiarów dotyczących punktowego styku, bezużyteczne jest definiowanie współczynnika tarcia, ponieważ zależy on od specyficznej geometrii styku. Zamiast niego np. dla styku Hertza o rozmiarze nanometrowym wprowadza się tzw. efektywny współczynnik tarcia, który zależy od właściwości ostrza i próbki. Jednak przechodząc od pojedynczego styku do sytuacji makroskopowej otrzymuje się liniową zależność siły tarcia od obciążenia jak było to wspomniane w Rozdz. 3.1.1.

Inne z wymienionych urządzeń, należących do arsenału środków nanotribologii -mikrowaga kwarcowa pracuje skali czasowej pozwalającej zarejestrować fonony, których czas życia nie przekracza kilku dziesiątych nanosekundy. Po raz pierwszy dowód doświadczalny istnienia fononowego mechanizmu tarcia w skali atomowej został przedstawiony w 1991 roku [16], Za pomocą mikrowagi kwarcowej przeprowadzono badania tarcia monowarstw kryptonu przesuwających się po Au(l 11). Analiza otrzymanych wyników musiała być jednak poparta dodatkowo symulacjami dynamiki molekularnej [17], Nie