Новые наноподшипники, созданные методом физической адсорбции

Научные отчеты, том 5, Номер статьи: 14539 (2015) Цитировать эту статью

1233 Доступа

16 цитат

Подробности о метриках

В статье предлагается новый наноподшипник, образованный путем физической адсорбции удерживаемой жидкости на твердой стенке. Подшипник образован между двумя параллельными гладкими сплошными плоскими стенками, скользящими друг по другу, тогда как традиционная теория гидродинамической смазки не предсказывала смазочного эффекта. В этом подшипнике неподвижная сплошная стенка разделена на две подзоны, которые соответственно имеют разную силу взаимодействия со смазывающей жидкостью. Это приводит к различным физическим свойствам адсорбции и скольжения смазочной жидкости у неподвижной твердой стенки соответственно в этих двух подзонах. Было обнаружено, что значительная несущая способность подшипника может быть достигнута при малой толщине смазочной пленки из-за сильной физической адсорбции и несплошных эффектов смазочной пленки.

В микро/наноустройствах соединенные твердые поверхности часто параллельны и скользят друг относительно друга1. Смазка между этими поверхностями является сложной задачей, поскольку она очень важна для обеспечения формируемого контакта, включая уменьшение сил сцепления между двумя поверхностями, однако традиционная теория гидродинамической смазки утверждает, что смазка там не может образовываться из-за массового потока. скорость потока Куэтта смазки, уносимой в контакт, равна скорости выносимой из контакта, и тогда всегда выполняется условие непрерывности потока в этом контакте с исчезающими градиентами давления2,3.

Причины неспособности традиционной гидродинамической теории смазки предсказать характеристики смазанного микро/наноконтакта заключаются в том, что такая теория учитывает только однородные свойства контактной поверхности и пренебрегает факторами физической адсорбции и проскальзывания смазочной пленки при контакте. поверхности и основывалось на предположении о наличии континуальной смазки4. Когда расстояние между двумя соединенными твердыми поверхностями находится в нанометровом масштабе, традиционная теория гидродинамической смазки наверняка потерпит неудачу из-за вышеупомянутых нереалистичных предположений, принятых в этой теории. Эксперименты и молекулярно-динамическое моделирование (MDS) показали, что при разделении поверхностей нанометрового масштаба удерживаемая жидкость может сильно скользить по твердой поверхности, и сила взаимодействия контактной жидкости с жидкостью оказывает очень существенное влияние на это межфазное проскальзывание5,6,7,8 ,9,10. Кроме того, при таком разделении физическая адсорбция удерживаемой жидкости на твердой поверхности, которая проявляется как упорядочение удерживаемой жидкости на твердой поверхности, может играть важное влияние на передачу импульса внутри жидкости11,12,13,14 ,15,16. Межфазное проскальзывание граничной пленки в смазанном микро/наноконтакте является результатом того, что межфазное напряжение сдвига на границе пленки превышает прочность на сдвиг на границе раздела пленка-контакт17. Чем ниже прочность на сдвиг на границе раздела пленка-контакт, тем выше скорость межфазного скольжения пограничной пленки17. Относительная величина скольжения граничной пленки (определяемая как γs в последнем случае) колеблется от -1 до 1. Более высокая величина γs указывает на более сильное межфазное проскальзывание, а величина γs, равная единице, показывает наиболее сильное межфазное проскальзывание, которое останавливает движение граничной пленки на контактных поверхностях или максимально увеличивает скорость движения граничной пленки на контактной поверхности. Таким образом, межфазное проскальзывание граничной пленки может уменьшить или увеличить массовый расход смазочной пленки через контакт в зависимости от условий эксплуатации и места возникновения межфазного проскальзывания. Таким образом, это может быть вредно или полезно для работы смазанного микро/наноконтакта. Сильная, средняя или слабая адсорбция удерживаемой жидкости на твердой стенке в наноканале может неизбежно присутствовать в зависимости от силы взаимодействия между удерживаемой жидкостью и стенкой11,12,13,14,15. Чем сильнее взаимодействие жидкости со стенкой, тем сильнее физическая адсорбция жидкости на стенке, но слабее межфазное проскальзывание, или наоборот11,12,13,14,15.