NIMS, la Universidad de Tokio y la Universidad de Hiroshima descubrieron conjuntamente por primera vez, mediante cálculos teóricos y experimentos, que las fricciones macroscópicas que se producen entre las superficies minerales de arcilla se originan a partir de fuerzas electrostáticas interatómicas entre estas superficies. Este hallazgo puede facilitar el diseño de materiales lubricantes sólidosy comprensión de los mecanismos de deslizamiento de falla que causan terremotos.
Las fuerzas de fricción entre las superficies de los cristales en capas, como los minerales arcillosos, son generalmente bajas. Se cree que esta propiedad es la causa de deslizamientos de tierra y movimientos de fallas en la naturaleza. Se han realizado esfuerzos activos en la investigación sobre la fricción para desarrollar una reducción de la fricciónlubricantes sólidos y para otros fines. Se pensó que el origen de la fricción entre las superficies minerales de arcilla era inducido por algunos tipos de fuerzas de unión; sin embargo, estas fuerzas no se entendieron en detalle debido a las influencias complejas de las fuerzas electrostáticas e intermoleculares entre las superficies minerales de arcilla,diferencias de orientación cristalográfica entre estas superficies, rugosidad de la superficie y la presencia de impurezas.
Este equipo de investigación conjunto estudió la moscovita, un mineral de arcilla en capas, con superficies planas y lisas a nivel atómico. El equipo eliminó primero la humedad del espacio entre las superficies de la moscovita 20 cm x 40 cm de área aplicandopresión en condiciones secas. Luego, el equipo midió las fuerzas de fricción entre las superficies de moscovita en diferentes posiciones de deslizamiento. Como resultado, el equipo observó partículas de desgaste producidas a partir de superficies de moscovita desgastadas y descubrió que estas partículas pueden haber anulado el efecto de la orientación cristalográfica sobre las fuerzas de fricciónEl equipo también determinó las fuerzas de fricción generadas al estimar las fuerzas electrostáticas interatómicas entre las superficies de contacto mediante cálculos de mecánica cuántica, suponiendo que el efecto de la orientación cristalográfica sobre las fuerzas de fricción es nulo. Las fuerzas de fricción calculadas coincidieron casi perfectamente con los resultados experimentales. Por lo tanto, el equipo de investigaciónconfirmado por primera vez que se producen fricciones entren las superficies de minerales arcillosos de decenas de centímetros de tamaño están controladas por fuerzas electrostáticas a escala atómica.
En futuros estudios, esperamos desarrollar una teoría que explique la resistencia a la fricción en una amplia gama de minerales de arcilla, además de la moscovita. Dicha teoría puede proporcionar pautas de diseño de materiales para lubricantes sólidos que reducen la fricción y otros productos relacionados con la fricción.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Nacional de Ciencia de Materiales, Japón . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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