Wat is superlubriciteit?

Superlubriciteit is een speciaal materiaalfenomeen waarbij de wrijving tussen twee materialen bijna nul daalt. Echte wrijving is niet thermodynamisch toegestaan, maar superlubriciteit komt in de buurt. Dit superlubriciteitsfenomeen treedt op wanneer twee oppervlakken kristalroosters hebben die in onevenredig contact zijn, wat betekent dat de kristalrangschikking zodanig is dat slechts een kleine minderheid van de atomen op het oppervlak in contact komt met het tegenoverliggende oppervlak, waardoor een verdwijnend kleine hoeveelheid wrijving wordt gegenereerd.

Tot dusver is superlubriciteit het meest prominent waargenomen met grafiet, hoewel het ook kort is waargenomen tussen micabladen of tussen een wolfraamnaald en een silicium- of grafietoppervlak. Superlubriciteit werd ontdekt toen fysici met zeer hoge precisie de wrijvingskracht tussen kristaloppervlakken bestudeerden. Wanneer er een "rooster-mismatch" is tussen twee van dergelijke oppervlakken, kan wrijving bijna volledig verdwijnen. Deze rooster-mismatch wordt eenvoudig bereikt door te spelen met de oriëntatie van de kristallagen ten opzichte van elkaar.

Superlubriciteit is interessant omdat het plaatsvindt in een droge omgeving - twee kristalvlakken - in plaats van de natte omgeving die normaal wordt geassocieerd met smeermiddelen. In een conventioneel smeermiddel produceert de karnende werking tussen smeermiddelmoleculen en de aangrenzende oppervlakken in feite enige wrijving, wat warmte, energieverlies en materiaalgrenzen veroorzaakt. In nauwkeurig ontworpen superlubricante oppervlakken zou dit marginale energieverlies praktisch verdwijnen, waardoor nieuwe soorten engineering mogelijk worden. Helaas kan, om de juiste oriëntatie en stabiliteit van de kristalroosters te garanderen, nanoschaaltechnologie nodig zijn, iets dat buiten het bereik van de huidige productie valt.

Superlubriciteit werd bedacht door de eigenschappen supergeleiding en superfluïditeit, hoewel het hier geen echte overeenkomsten mee heeft. Superlubriciteit en de studie ervan is een relatief recent vakgebied, dat in 1991 is grootgebracht maar ondertussen niet veel heeft bestudeerd. In supergeleiding stroomt elektriciteit zonder weerstand, en in superfluditeit stroomt een vloeistof zonder weerstand (wrijving). Hoewel superfluids wrijvingsloos zijn, vergelijkbaar met superlubricants, is het onderliggende fysieke mechanisme fundamenteel anders.