Que ce soit dans les transmissions de véhicules, arthroplasties de la hanche, ou de minuscules capteurs pour déclencher les airbags :Les composants respectifs doivent glisser les uns contre les autres avec un minimum de frottement pour éviter les pertes d'énergie et l'usure des matériaux. Etudier le comportement de frottement des nanosystèmes, Des scientifiques de la Technische Universitaet Muenchen ont découvert un type de friction jusque-là inconnu qui jette un nouvel éclairage sur certains phénomènes auparavant inexplicables.

Le frottement est un phénomène physique omniprésent mais souvent gênant :Il provoque usure et perte d'énergie dans les machines ainsi que dans nos articulations. A la recherche de composants à faible frottement pour des composants toujours plus petits, une équipe de physiciens dirigée par les professeurs Thorsten Hugel et Alexander Holleitner a maintenant découvert un type de friction jusqu'alors inconnu qu'ils appellent « bâton de désorption ».

Les chercheurs ont examiné comment et pourquoi des molécules de polymère uniques dans divers solvants glissent ou collent à certaines surfaces. Leur objectif était de comprendre les lois fondamentales de la physique à l'échelle moléculaire afin de développer des surfaces antifriction ciblées et des lubrifiants adaptés.

Pour leurs études, les scientifiques ont attaché l'extrémité d'une molécule de polymère à la pointe nanométrique d'un microscope à force atomique (AFM) très sensible. Pendant qu'ils tiraient la molécule de polymère sur les surfaces d'essai, l'AFM a mesuré les forces résultantes, à partir de laquelle les chercheurs ont pu déduire directement le comportement de la bobine polymère.

Un nouveau mécanisme de friction découvert

Outre les deux mécanismes de friction attendus tels que le collage et le glissement, les chercheurs en ont détecté un troisième pour certaines combinaisons de polymères, solvant et surface.

"Bien que le polymère colle à la surface, le brin de polymère peut être tiré de sa conformation enroulée dans la solution environnante sans qu'une force importante soit exercée, " Le physicien expérimental Thorsten Hugel décrit ce comportement. " La cause est probablement un très faible frottement interne dans la bobine de polymère. "

La clé est le solvant

Étonnamment, bâton de désorption ne dépend ni de la vitesse de déplacement ni de la surface d'appui ou de la force d'adhérence du polymère. Au lieu, la nature chimique de la surface et la qualité du solvant sont déterminantes. Par exemple, le polystyrène hydrophobe présente un comportement de glissement pur lorsqu'il est dissous dans du chloroforme. Dans l'eau, cependant, il montre un bâton de désorption.

"La compréhension acquise par notre mesure du frottement d'une molécule unique ouvre de nouvelles voies pour minimiser le frottement, " dit Alexander Holleitner. " A l'avenir, avec préparation ciblée de polymères, de nouvelles surfaces pourraient être développées spécifiquement pour la gamme nano- et micrométrique."