Дослідження трибологічних властивостей моношарових плівок n-алканів на атомногладкій поверхні золота

Васько, АА
Марченко, ОА
Наумовець, АГ
Браун, ОМ
Nauka innov. 2019, 15(4):70-77
https://doi.org/10.15407/scin15.04.070
Рубрика: Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України
Мова: Українська
Анотація: 
Вступ. Встановлення закономірностей взаємодії мікроконтактів в інтерфейсі тертя, утвореного двома рухомими тілами, є важливим кроком для створення нових класів матеріалів з визначеними фізико-хімічними властивостями. При відносному русі взаємодіючих поверхонь неминуче відбувається зношування їх контактуючих ділянок (мікроконтактів), в результаті чого в iнтерфейсi тертя виникають уламки, спричиненi руйнуванням бiльш еластичного матерiалу.
Проблематика. Ступінь руйнування інтерфейсу суттєво зменшується при додаванні мастильних плівок в місці контакту. Якщо за умов сухого тертя (без мастила) аналіз місця контакту є практично вирішеною задачею (модель контактної взаємодії Герца, Джонсона-Кендала-Робертса), то при наявності мастила ця задача істотно ускладнюється через необхідність врахування фактору реологічної складової тертя та фактору інтерфейсної взаємодії. Окрім того, переважну більшість трибологічних досліджень виконано на недосконалих (шорстких) поверхнях з використанням мастильних плівок з невизначеними компонентним складом, товщиною і структурою.
Мета. Встановлення впливу структури самовпорядкування моношарових плівок на їх трибологічні властивості в інтерфейсі тертя n-алкан/атомно-гладка поверхня.
Матеріали й методи. Використано атомно-гладкі поверхні золота та однокомпонентні змащувальні моношарові плівки n-алканів (CnH2n+2, n = 14, 16, 48, 50, 60). Для встановлення структури самовпорядкування плівок на поверхні золота і контролю ступеню їх руйнування до і після трибологічних вимірювань застосовано сканувальну тунельну мікроскопію. Кiнетичний коефiцiєнт тертя μko інтерфейсів виміряно за допомогою магнітного левітаційного трибометра.
Результати. Експериментально встановлено немонотонну залежнiсть коефiцiєнта тертя μko вiд довжини молекул змащувальних плівок.
Висновки. Встановлено, що для n-алканів з «магічною довжиною» (n кратне 16) μko аномально зменшується.
Ключові слова: атомно-гладкі поверхні, коефіцієнт тертя, моношарові плівки n-алканів, сила тертя
Посилання: 
1. Polyakov, B., Vlassov, S., Dorogin, L. M., Novoselska, N., Butikova, J., Antsov, M., Oras, S., Lohmus, R., Kink, I. (2014). Some aspects of formation and tribological properties of silver nanodumbbells. Nanoscale Research Letters, 9, 186, 1-8.
https://doi.org/10.1186/1556-276X-9-186
2. Polyakov, B., Vlassov, S., Dorogin, L., Butikova, J., Smits, K., Antsov, M., Oras, S., Zabels, R., Lohmus, R. (2015). Metal nanodumbbells for nanomanipulations and tribological experiments. Physica Scripta, 90(9), 094007(1-7).
https://doi.org/10.1088/0031-8949/90/9/094007
3. Denape, J. (2015). Third body concept and wear particle behavior in dry friction sliding conditions. Key Engineering Materials, 640, 1-12.
https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.640.1
4. Persson, B. N. J. (1998). Sliding Friction: Physical Principles and Applications. Berlin, Springer-Verlag, 1998.
5. Persson, B. N. J. (1999). Sliding friction. Surf. Sci. Rep., 33(3), 83-119.
https://doi.org/10.1016/S0167-5729(98)00009-0
6. Persson, B. N. J. (1995). Theory of friction: Stress domains, relaxation, and creep. Phys. Rev., B 51(19), 13568-13585.
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.51.13568
7. Vakis, A. I., Yastrebov, V. A., Scheibert, J., Nicola, L., Dini, D., Minfray, C., Almqvist, A., Paggi, M., Lee, S., Limbert, G., Molinari, J. F., Anciaux, G., Echeverri Restrepo, S., Papangelo, A., Cammarata, A., Nicolini, P., Aghababaei, R., Putignano, C., Stupkiewicz, S., Lengiewicz, J., Costagliola, G., Bosia, F., Guarino, R., Pugno, N. M., Carbone, G., Müser, M. H., Ciavarella, M. (2018). Modeling and Simulation in Tribology Across Scales: an Overview. Trib. Int., 125, 169-199.
https://doi.org/10.1016/j.triboint.2018.02.005
8. Askadskaya, L., Rabe, J. P. (1992). Anisotropic molecular dynamics in the vicinity of order-disorder transitions in organic monolayers. Phys. Rev. Lett., 69(9), 1395-2002.
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.69.1395
9. Marchenko, O., Cousty, J. (2000). Molecule length-induced reentrant self-organization of alkanes in monolayers adsorbed on Au(111). Phys. Rev. Lett., 84(23), 5363-5366.
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.84.5363
10. Marchenko, A., Cousty, J., Pham-Van, L. (2002). Magic Length Effects in the Packing of n-Alkanes Adsorbed on Au(111). Langmuir, 18, 1171-1175.
https://doi.org/10.1021/la010827m
11. Vasko, A. A., Kutsenko, V. Ye., Marchenko, A. A., Braun, O. M. (2019). Lowering of friction in monolayers of mixed alkanes. Tribol. Lett., 67(49), 1-7.
https://doi.org/10.1007/s11249-019-1163-x
12. Binnig, G., Quate, C. F., Gerber, C. (1986). Atomic force microscope. Phys. Rev. Lett., 56(9), 930-934.
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.56.930
13. Mate, C. M., McClelland, G. M., Erlandsson, R., Chang, S. (1987). Atomic-scale friction of a tungsten tip on a graphite surface. Phys. Rev. Lett., 59(17), 1942-1945.
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.59.1942
14. Bhushan B. Handbook of Micro / Nanotribology. CRC, Boca Raton, Florida. 1998. 880pp.
15. Vasko, A.A., Braun, O.M., Marchenko, O.A., Naumovets, A. G. (2018). Magnetic levitation tribometer: a point-contact friction. Tribol. Lett., 66(74), 1-5.
https://doi.org/10.1007/s11249-018-1024-z
16. MCGonigal, G.C., Bernhard, R.H., Thomson, D.J. (1990). Imaging alkane layers at the liquid/graphite interface with the scanning tunneling microscope. Appl. Phys. Lett., 57(1), 28-30.
https://doi.org/10.1063/1.104234
17. Marchenko, A., Lukyanets, S., Cousty, J. (2002). Adsorption of alkanes on Au(111): Possible origin of STM contrast at the liquid/solid interface. Phys. Rev., B 65(4), 04514(1-5).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.65.045414
18. Denicolo, I., Doucet, J., Craievich, A. F. (1983). X‐ray study of the rotator phase of paraffins (III): Even‐numbered paraffins C18H38, C20H42, C22H46, C24H50, and C26H54. J. Chem. Phys., 78(3), 1465-1469.
https://doi.org/10.1063/1.444835