【物理】ナノスケールでの「摩擦」研究：「重い原子」で摩擦が軽減

摩擦がどういうものかは誰でも知っているだろう。2つの物をこすり合わせると、材質によって
度合いは異なるものの、互いが軽く密着する。だからこそ、地面が凍っていたり、
おっちょこちょいでバナナの皮を踏んだりしない限り、歩道でさほど足を滑らせないですむ。

簡単な話だ。ただし原子レベルでは、摩擦の物理モデルはまだまだ改良の余地がある。
原子レベルでは、原子どうしのすき間が(比較的)大きいのだ。

ほとんどの物理モデルは、物質の表面を比較的すき間のない平滑な面ととらえている。
ナノの世界に突入するまでは、それでほぼ問題がない。

ところがペンシルベニア大学等の研究者たちは、原子レベルで摩擦の興味深い特性を発見した。
これにより、摩擦を大きくしたり小さくしたりするための材料を改良できるかもしれない。

研究チームが発見したのは、素材の表面を比較的重い原子で構成すれば摩擦を小さくできる
ということだ。研究チームによると、重い原子ほど振動数が低いため、摩擦によって失われる
エネルギーが少ないという。

研究チームは原子間力顕微鏡を用い、ダイヤモンドとシリコン結晶でできた表面の摩擦を
それぞれ測定した。

（>>2以降に続く、詳細はソースを御参照下さい）

ソース：WIRED VISION
http://wiredvision.jp/news/200711/2007112720.html

"Heftier" Atoms Reduce Friction at the Nanoscale, Study Led By Penn Researcher Reveals
http://www.upenn.edu/pennnews/article.php?id=1253

原子間力顕微鏡には非常に小さな探針が付いており、それでいわばレコード針のように
試料の表面を引っかいて特性を調べる。それぞれの材料は吸着剤で薄くコーティングされた。
吸着剤には水素原子か重水素のどちらかが使われた。重水素は、原子核に中性子を持つ
水素原子だ。

測定の結果、重水素を塗布した表面のほうが、熱の形で失われるエネルギーが少なかった。
重水素のほうが振動数が小さいためと推測されている。つまり、水素より重水素のほうが
探針の原子とぶつかることが少なく、その結果、運動エネルギーの損失も小さかったと、
研究チームは論文に書いている。

機械の熱の発生や摩耗を抑えたいと考えている生産技術者にとって、この発見は有益かも
しれないと研究チームは期待している。あるいは、自動車のクラッチなどで、摩耗を増やさずに
摩擦だけを大きくしたい場合にも役立つだろう。

ただし、研究チームによると、原子の振動の仕組みを厳密に解明するにはまだまだ研究が
必要だという。

論文は、『Science』誌の11月2日号に掲載されている。

ペンシルベニア大学のウェブサイトに掲載されている『ナノスケールでは「重い」原子が
摩擦を軽減、ペンシルベニア大学のチームが率いる研究で明らかに』を参考にした。

関連スレ：
【物理】反重力効果？超伝導ジャイロスコープを使った磁場的重力場(gravitomagnetic field)の検出と一般相対性理論の検証
http://news21.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1143815775/

【物理】ポジトロニウム分子の生成に成功
http://news21.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1189687219/

【物理】飛翔鏡「光速で進行するプラズマで創られた鏡」を実証
http://news21.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1190209423/

【物理】４個のクォークからなり電荷を持つ新しい中間子を発見＝KEK Bファクトリー
http://news21.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1194629698/

【物理】次世代の不揮発性メモリであるスピンRAMのスピン注入トルクの直接測定方法を確立
http://news21.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1196082273/

ペンシルバニアなのかペンシルベニアなのか

重い原子って鉛とか？
確かに摩擦少ないけど

宇宙空間とか真空とかでしか使えないけど、銀の個体潤滑もすごいもんがあるな。
>>1のはそれと関連した事なんか？

>>3
何がどう関連スレなんだ

ならばオナニーしながらブレーキを踏めば車は早く止まる

>>4
ちんこなのかちんぽなのかぐらいどうでもいいというわけさ

関係ないけど
マサチューセッチュ州

劣化ウラン軸受けとか流行ったりして

純金で作るとか？

つまりベイブレードに重い元素をコーティングしたら大会優勝ｳﾏｰって事でおk？

摩擦係数μを既述する物理モデルってあるの？

劣化ウランハードディスク　軸受け寿命１００年　ほしい・・・
やっぱいらん。

>>15
完全密閉で外に影響が無いように作ってあれば…
うっかりごみの日に出したら、犯罪者にされて逮捕されそうだｗ

>>14
"Rate-and-State dependent friction law"

地震学分野で産まれた岩石実験由来の経験則だが、
滑り速度の依存性の他、接触時間内に両面間の分子結合
(真実接触面積)が増加していくという状態依存を含む

しかしそのモデルと>>1の記事とを結びつけるにはどう考えたらいいのだろう
分子間のボンドが出来やすいかどうか、って違いに相当するのかな
教えてエロい人

>>4
発音に近く言えばペンシルベィニアだから後者かな

⌒*(・∀・)*⌒ナノ！

そういえば金や鉛はぬるぬる滑るな

これは解釈の誤りによるものだ。古典的に解釈することは出来ない。
水素のような軽い原子核を持つ原子では、核の量子効果が利くので
いわゆる水素結合がおこるのだが、それは核の質量が軽いほど大きく
利く。このため、普通の水素では大きな水素結合強度を示すが、重水素
ではその結合力がかなり少なくなる。

そういえば攝津に政っちゅーヤクザモンがいたな。
あだ名がマサチューセッツ。

脳内で摩擦にｵﾅﾇｰとﾙﾋﾞを振った俺は負け組みですか?

>>23　人生が楽しそうだから勝ち組

これからはタングステンコーティングが流行るの？

ところが
滑り止めにも金は使える

>>21
>これは解釈の誤りによるものだ。古典的に解釈することは出来ない。
>水素のような軽い原子核を持つ原子では、核の量子効果が利くので
>いわゆる水素結合がおこるのだが、それは核の質量が軽いほど大きく
>利く。このため、普通の水素では大きな水素結合強度を示すが、重水素
>ではその結合力がかなり少なくなる。
ヘリウムは水素についで軽い原子だけど、水素みたいに結合も（ｒｙ
と主張したら、貴方は反論できるのだろうか？

ナノスケールだからベイブレードとか関係ないんじゃね？

>>28
＞あるいは、自動車のクラッチなどで、摩耗を増やさずに
＞摩擦だけを大きくしたい場合にも役立つだろう。

とあるので、摩擦という現象を解析する今回の試みがナノスケールだったってことで
マクロスケールにも応用可能かもしれないんでしょ。

新幹線を線路で滑らして省エネか

>>34
それ危険

摩擦が少ないとされる物質のグラファイトとかフッ素樹脂とかは
原子も大きくないし
摩擦の構成要因は量子力学的な要因もあれば電気力的な要因もケミカルな要因もあるだろうし
結晶構造の変形みたいなもっと大きい規模の力も絡むだろうし
これが摩擦力の要因なんてものはないよな。

期待感↓

絶望感↑

ペンシルなのかバニラなのか