Российские ученые из Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ» и Балтийского федерального университета имени Иммануила Канта нашли способ уменьшить трение и тем самым повысить долговечность поверхностей в механизмах.
Делалось это с помощью тонких пленок — слоев различных материалов толщиной до нескольких микрометров. Это может стать важным открытием для многих областей — от медицины до космических технологий. Работа поддержана Российским научным фондом и опубликована в журнале « Наноматериалы» .
«Тонкие пленки — это слои веществ, которые могут быть толщиной в несколько атомных слоев. Более того, их свойства существенно отличаются от свойств исходных веществ на макроуровне. Сфера применения таких пленок постоянно расширяется, особенно при обновлении задач наноэлектроники. — оптоэлектроника, спинтроника, электро- и фотокатализ, — сказал Вячеслав Фоминский , научный руководитель проекта МИФИ. — Также стоит выделить такие важные отрасли экономики, как космос и приборостроение. Перспективным направлением развития является разработка микромодульных механизмов. для космических аппаратов, медицинской техники, приборостроения ».
Для решения проблемы снижения коэффициента трения ученые могут использовать халькогениды металлов — соединения переходных металлов с серой, селеном и теллуром. Первые исследования по получению тонких пленок из таких материалов были проведены в 80-х годах ХХ века: исследователей привлекала возможность изменять свойства материалов при изменении структуры и толщины наплавленного слоя. В ходе исследования российские ученые исследовали пленки, состоящие из четырех элементов: молибдена, серы, углерода и водорода. Лазерные импульсы длительностью десятки наносекунд направлялись на углеродные и молибденовые мишени и соответственно создавали потоки плазмы из этих материалов. После этого углерод и молибден в газовой фазе прореагировали с сероводородом, предварительно закачанным в экспериментальную камеру, и продукт был нанесен на стальную подложку. Химически активные атомы серы и водорода также могут проникать через растущее покрытие. Вместе атомы образуют на металле тонкую пленку, свойства которой существенно зависят от концентрации компонентов и режимов лазерно-плазменного потока.
Такой подход называется импульсным лазерным напылением. Это позволяет ученым создавать более гладкие и неразличимые слои и изменять многие параметры в экспериментальных условиях, что также влияет на структуру покрытия в окончательной версии. Это очень мощный инструмент для создания уникальных наноструктур, который активно развивается в некоторых исследовательских центрах (в том числе МИФИ и БФУ).
В результате ученые получили покрытие толщиной около 0,5 мкм, снижающее коэффициент трения более чем в десять раз: коэффициент трения при скольжении стального шара по стальной пластине без использования традиционной жидкой смазки не превышал 0,03 при испытаниях в нормальных условиях и -100 ° С. Коньки, скользящие по льду, имеют такие же параметры.