Para que un automóvil acelere tiene que haber fricción entre el neumático y la superficie de la carretera. La cantidad de fricción generada depende de numerosos factores, incluidas las diminutas fuerzas intermoleculares que actúan entre las dos superficies en contacto, las llamadas fuerzas de van der Waals. La importancia de estas interacciones intermoleculares en la generación de fricción se conoce desde hace mucho tiempo, pero ahora ha sido demostrado experimentalmente por primera vez por un equipo de investigación dirigido por la profesora de física Karin Jacobs de la Universidad de Saarland y el profesor Roland Bennewitz del Instituto Leibniz de Nuevos Materiales (INM). Curiosamente, el equipo de investigación ha demostrado que la fricción que actúa en la superficie de un material está influenciada por la estructura de las capas subsuperficiales.
La fricción es un fenómeno cotidiano que a veces es deseable (permite que los automóviles aceleren) y otras no (la fricción en forma de arrastre del vehículo y la fricción en el motor y el sistema de transmisión aumentan el consumo de energía del automóvil). Para muchos científicos e ingenieros, la capacidad de controlar la fricción está, por lo tanto, en la parte superior de su lista de deseos. Un posible enfoque para controlar la fricción acaba de ser publicado por investigadores de la Universidad de Saarland y el INM. Han descubierto que la fuerza de fricción se ve afectada por la composición de los materiales debajo de la superficie.
El trabajo realizado por los científicos de Saarbrücken implicó observar más de cerca las fuerzas intermoleculares que actúan entre dos materiales. Para poder variar estas fuerzas, los investigadores trabajaron con pulido, obleas de silicio monocristalino. 'Las obleas están cubiertas con capas de dióxido de silicio de diferentes espesores y son similares a las que se utilizan en la industria de los semiconductores, 'explicó Karin Jacobs, Catedrático de Física Experimental en la Universidad de Saarland.
El equipo de Jacobs midió con precisión la fricción entre el dióxido de silicio (SiO 2 ) capas de diferentes espesores y la punta de 200 nm de una sonda de microscopía de fuerza atómica escaneando cuidadosamente la punta a través de la superficie de la oblea. Lo que descubrieron los físicos fue sorprendente:aunque la capa superior de la superficie siempre consistió puramente en SiO 2 , la punta del microscopio de fuerza atómica experimentó diferentes fuerzas de fricción dependiendo del grosor de la capa de dióxido de silicio. 'Cuanto más fina es la capa de óxido, cuanto mayor sea la fricción, dijo Jacobs. El estudio encontró que las fuerzas de fricción asociadas con las obleas diferían hasta en un 30 por ciento dependiendo del espesor del SiO 2 capa. El efecto también se observó cuando las obleas de silicio se cubrieron con una monocapa hidrófuga de moléculas de silano (hidrocarburos de cadena larga).
'Los resultados de nuestro estudio tienen implicaciones significativas para muchas aplicaciones prácticas, dijo el profesor Jacobs. Como la fuerza de las fuerzas de van der Waals depende de la composición de un material a profundidades de hasta 100 nanómetros, diseñar cuidadosamente la estructura de la capa en la superficie de un material puede reducir la fricción. Esto nos da otro enfoque para controlar la fricción además del uso establecido de lubricantes '.
