Para las máquinas con elementos mecánicos, la fricción es un enemigo ineludible. Es una fuente importante de fallas en el servicio y puede reducir la vida útil de cualquier maquinaria, desde bicicletas y automóviles hasta aviones y líneas de montaje.

Una nueva investigación dirigida por la Universidad de Pittsburgh revela la fricción a escala atómica de una sola aspereza de tungsteno, o borde áspero, en tiempo real, mostrando el movimiento atómico por primera vez con microscopía electrónica. El trabajo, realizado por dos laboratorios de la Escuela de Ingeniería de Swanson, se publicó recientemente en la revista Nature Nanotechnology. .

"Hasta ahora, nadie ha podido ver realmente el proceso de fricción resuelto atómicamente con una interfaz clara, por lo que la relación entre los mecanismos de fricción y la interfaz no se ha entendido completamente", dijo Guofeng Wang, miembro de la facultad de CNG y profesor de ingeniería mecánica y ciencia de los materiales, cuyo laboratorio colaboró ​​en este trabajo. "En este estudio, pudimos ver realmente la ruta de deslizamiento de los átomos de la interfaz y la tensión dinámica y la evolución del estrés en la interfaz que solo se había mostrado previamente mediante simulaciones".

El grupo de Wang colaboró ​​​​con el grupo de investigación del profesor Scott X. Mao, ahora retirado, John Swanson Endowed en la Escuela Swanson para proporcionar la primera visualización de la fricción a escala atómica. Usando un microscopio electrónico de transmisión de alta resolución, el grupo de Mao pudo ver el movimiento de los átomos a través de la superficie cuando dos superficies hacían contacto y se movían. Luego, el grupo de Wang pudo usar sus simulaciones por computadora para verificar lo que mostraban las visualizaciones microscópicas y comprender más sobre las fuerzas en juego.

Aunque este estudio se centró en los átomos de tungsteno debido a su alta resistencia al calor del microscopio, el método se puede aplicar a cualquier material para comprender la fricción y el desgaste.

"Lo que descubrimos es que no importa cuán suave y limpia sea la superficie, la fricción aún ocurre a nivel atómico. Es completamente inevitable", dijo Wang. "Sin embargo, este conocimiento puede conducir a mejores lubricantes y materiales para minimizar la fricción y el desgaste tanto como sea posible, extendiendo la vida útil de los sistemas mecánicos". + Explora más

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