Pour qu'une voiture accélère, il doit y avoir une friction entre le pneu et la surface de la route. La quantité de friction générée dépend de nombreux facteurs, y compris les infimes forces intermoléculaires agissant entre les deux surfaces en contact – ce qu'on appelle les forces de van der Waals. L'importance de ces interactions intermoléculaires dans la génération de frottements est connue depuis longtemps, mais a maintenant été démontré expérimentalement pour la première fois par une équipe de recherche dirigée par le professeur de physique Karin Jacobs de l'Université de la Sarre et le professeur Roland Bennewitz de l'Institut Leibniz pour les nouveaux matériaux (INM). De façon intéressante, l'équipe de recherche a montré que le frottement agissant à la surface d'un matériau est influencé par la structure des couches souterraines.

Le frottement est un phénomène quotidien parfois souhaitable (permettant aux voitures d'accélérer) et parfois non (le frottement sous forme de traînée du véhicule et le frottement dans le moteur et le système de transmission augmentent la consommation d'énergie de la voiture). Pour de nombreux scientifiques et ingénieurs, la capacité de contrôler la friction est donc tout en haut de leur liste de souhaits. Une approche possible pour contrôler le frottement vient d'être publiée par des chercheurs de l'Université de la Sarre et de l'INM. Ils ont découvert que la force de frottement est affectée par la composition des matériaux sous la surface.

Les travaux menés par les scientifiques de Sarrebruck ont ​​consisté à s'intéresser de plus près aux forces intermoléculaires agissant entre deux matériaux. Afin de pouvoir faire varier ces forces, les chercheurs ont travaillé avec poli, plaquettes de silicium monocristallin. « Les plaquettes sont recouvertes de couches de dioxyde de silicium de différentes épaisseurs et sont similaires à celles utilisées dans l'industrie des semi-conducteurs, ' a expliqué Karin Jacobs, Professeur de physique expérimentale à l'Université de la Sarre.

L'équipe de Jacobs a mesuré avec précision le frottement entre le dioxyde de silicium (SiO 2 ) couches de différentes épaisseurs et la pointe de 200 nm d'une sonde de microscopie à force atomique en balayant soigneusement la pointe à travers la surface de la plaquette. Ce que les physiciens ont découvert était surprenant :bien que la couche supérieure de la surface soit toujours constituée uniquement de SiO 2 , la pointe du microscope à force atomique a subi différentes forces de frottement en fonction de l'épaisseur de la couche de dioxyde de silicium. 'Plus la couche d'oxyde est fine, plus le frottement est important, " dit Jacobs. L'étude a révélé que les forces de friction associées aux plaquettes différaient jusqu'à 30 % selon l'épaisseur du SiO. 2 couche. L'effet a également été observé lorsque les plaquettes de silicium étaient recouvertes d'une monocouche hydrofuge de molécules de silane (hydrocarbures à longue chaîne).

« Les résultats de notre étude ont des implications importantes pour de nombreuses applications pratiques, " dit le professeur Jacobs. « Comme la force des forces de van der Waals dépend de la composition d'un matériau à des profondeurs allant jusqu'à 100 nanomètres, concevoir soigneusement la structure des couches à la surface d'un matériau peut réduire la friction. Cela nous donne une autre approche pour contrôler la friction en plus de l'utilisation établie de lubrifiants.'