Superhala ytor framtagna av svenska kemiforskare
Hur kan man minska friktionen mellan ytor? Forskare vid KTH, Stockholms universitet och Ytkemiska institutet har kunnat sänka friktionen och få fram superhala ytor genom att välja material utifrån de så kallade van der Waals-krafterna.
I ett samarbete mellan forskarna Mark Rutland, KTH, Lennart Bergström, Stockholms universitet, och Adam Feiler, Ytkemiska Institutet, har det för första gången kunnat demonstreras att friktionen mellan två ytor som är utsatta för en repulsiv van der Waals-kraft är mycket nära noll. Resultaten har publicerats i den vetenskapliga tidskriften Langmuir.
Van der Waals-krafterna är vanligtvis attraktiva, vilket resulterar i att adhesionen, det vill säga den molekylära attraktion som finns mellan två kroppar vid nära kontakt, blir betydande både mellan enskilda molekyler och mellan ytor. Men i ett fåtal system (när två ytor är nära kontakt med en vätska emellan) kan attraktionen vändas till en repulsion vilken ökar i styrka ju närmare ytorna kommer varandra. Ytorna är då alltså mer attraherade till vätskan än till varandra, och vill därför inte komma i kontakt med varandra om de är nedsänkta i vätskan.
- Det unika med de repulsiva van der Waals-krafterna är att de förhindrar kontakt mellan ytor, även när de pressas samman, säger professor Lennart Bergström, Stockholms universitet.
Genom att räkna med de bortstötande van der Waals-krafterna vid materialvalet har forskarna eliminerat adhesionen och drastiskt sänkt friktionen. På så sätt har superhala ytor skapats.
- Våra resultat visar till exempel att friktionen mellan en guldpartikel och en teflonyta i den bensinliknande vätskan cyklohexan faktiskt är så låg att den inte är mätbar ens med ett atomkraftsmikroskop; ett instrument som rutinmässigt används för att mäta krafterna mellan
molekyler, säger professor Mark Rutland, avdelningen för ytkemi vid KTH.
En låg friktion är mycket viktig för att till exempel turbinen i vindkraftverk, mikromotorer och höftledsimplantat ska fungera väl. Enligt forskarna finns det ett antal materialkombinationer som kan ge superhala, lågfriktionsytor.
- Man kan till exempel tänka sig kullager av metall i en teflonring eller att bygga friktionsutsatta motorkomponenter av vissa kombinationer av keramiska material, säger professor Mark Rutland, KTH.
Kontaktuppgifter:
Professor Mark Rutland, avdelningen för ytkemi, Skolan för kemivetenskap, KTH, 08-7909914, 0768-640081, mark.rutland@surfchem.kth.se
Professor Lennart Bergström, Institutionen för fysikalisk, oorganisk och strukturkemi, Stockholms universitet, 08-162368, 070-5179991, lennartb@inorg.su.se
Christer Gummeson