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Ce qui fait des films de diamant glissante

Published on June 24, 2008 at 2:12 PM

Ils appellent les diamants «glace», et pas seulement parce qu'ils brillent. Les ingénieurs et les physiciens ont longtemps étudié diamant parce que même si la matière est dure comme une boule de glace à la glisse la tête de diamant, et glisse avec frottement remarquablement faible, ce qui en fait un matériau idéal ou un revêtement d'étanchéité, des outils de haute performance et haute technologie en mouvement pièces.

Robert Carpick, professeur agrégé au Département de génie mécanique et de mécanique appliquée à l' Université de Pennsylvanie , et son groupe a mené une collaboration avec des chercheurs de l'Argonne National Laboratories, l'Université du Wisconsin-Madison et l'Université de Floride pour déterminer ce qui fait des films de diamant ces clients glissante, du règlement d'un débat sur les origines scientifiques de ses propriétés et fournit de nouvelles connaissances qui aideront à créer la prochaine génération de super matériaux à faible frottement.

Les expériences de Penn, la première étude du frottement du diamant convaincante soutenue par spectroscopie, a examiné deux des principales hypothèses avancées pour expliquer les raisons pour lesquelles année diamants démontrer une telle faible coefficient de frottement et les propriétés d'usure. En utilisant une technique hautement spécialisée savons que la microscopie à émission de photoélectrons, ou PEEM, l'étude révèle que ce comportement glissante provient de la passivation des liaisons atomiques à la surface de diamants qui ont été brisés lors du glissement et non pas de le diamant se transforme en sa forme plus stable, le graphite. Les obligations sont passivées par adsorption dissociative des molécules d'eau du milieu environnant. Les chercheurs ont également constaté que la friction augmente considérablement s'il n'y a pas assez de vapeur d'eau dans l'environnement.

Quelques explications précédentes de la source de diamant ultra faible frottement et l'usure supposé que le frottement entre les surfaces de diamant coulissantes transmise d'énergie pour le matériel, la conversion du diamant en graphite, lui-même un matériau lubrifiant. Cependant, jusqu'à cette étude n'existe pas de tests détaillés spectroscopiques n'avait jamais été effectuée pour déterminer la légitimité de cette hypothèse. L'instrument PEEM, une partie de l'Advanced Light Source du Lawrence Berkeley National Laboratory, a permis au groupe d'image et d'identifier les changements chimiques sur la surface du diamant qui se sont produites lors de l'expérience mobile.

L'équipe a testé une forme de film mince de diamant connu sous le nom diamant ultrananocrystalline et trouvé super-faible frottement (coefficient de frottement ~ 0,01, ce qui est plus glissante que la glace typique) et une faible usure, même dans des conditions extrêmement sèches, (humidité relative ~ 1,0%) . L'utilisation d'un microtribometer, un testeur de friction précis, et microscopie à rayons X d'émission de photoélectrons, une résolution spatiale de rayons X technique de spectroscopie, ils ont examiné l'usure des pistes produites par des surfaces de glissement diamant ultrananocrystalline ensemble à différentes humidités relatives et des charges. Ils n'ont trouvé aucune formation détectable de graphite et seulement une petite quantité de carbone re-collé à partir de diamant pour le carbone amorphe. Cependant, l'oxygène était présent sur la partie usée de la surface, indiquant que les obligations cassée lors du glissement ont finalement été passivée par les molécules d'eau dans l'environnement.

Déjà utilisé dans l'industrie comme un revêtement d'étanchéité mécanique pour réduire l'usure et d'améliorer les performances et aussi comme un revêtement ultra-dur pour outils de coupe haute performance, ce travail pourrait aider à mener à l'utilisation accrue des films de diamant dans les machines et appareils pour augmenter la durée de vie, prévenir l'usure des pièces et économiser de l'énergie gaspillée par la friction.

L'étude a été publiée dans le numéro de Juin de lettres la revue Physical Review et a été menée par AR Konicek du Département de physique et d'astronomie à Penn, DS Grierson du Département de génie physique au Wisconsin-Madison, Pupa Gilbert du Département de Physique au Wisconsin-Madison, WG Sawyer du Département de génie mécanique et aérospatial de la Floride, AV Sumant du Center for Nanoscale Materials à l'Argonne National Laboratory et Carpick.

Le financement a été fourni par l'aviation américaine et le ministère américain de l'Énergie.

Last Update: 29. November 2011 15:31

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