Pour les machines à éléments mécaniques, le frottement est un ennemi incontournable. C'est une source majeure de panne de service et peut réduire la durée de vie de toutes les machines, des vélos et des voitures aux avions et aux chaînes de montage.

Une nouvelle recherche menée par l'Université de Pittsburgh dévoile le frottement à l'échelle atomique d'une seule aspérité de tungstène, ou bord rugueux, en temps réel, montrant le mouvement atomique pour la première fois avec la microscopie électronique. Les travaux, réalisés par deux laboratoires de la Swanson School of Engineering, ont récemment été publiés dans la revue Nature Nanotechnology .

"Jusqu'à présent, personne n'a été en mesure de voir réellement le processus de friction résolu de manière atomique avec une interface claire, de sorte que la relation entre les mécanismes de friction et l'interface n'a pas été entièrement comprise", a déclaré Guofeng Wang, membre de la faculté CNG et professeur de génie mécanique et de science des matériaux, dont le laboratoire a collaboré à ce travail. "Dans cette étude, nous avons pu réellement voir la voie de glissement des atomes d'interface et l'évolution dynamique des déformations et des contraintes sur l'interface qui n'avait été montrée auparavant que par des simulations."

Le groupe de Wang a collaboré avec le groupe de recherche du professeur Scott X. Mao, professeur à la retraite, John Swanson, à l'école Swanson, pour fournir la première visualisation du frottement à l'échelle atomique. À l'aide d'un microscope électronique à transmission à haute résolution, le groupe de Mao a pu visualiser le mouvement des atomes sur la surface lorsque deux surfaces entrent en contact et se déplacent. Le groupe de Wang a ensuite pu utiliser ses simulations informatiques pour vérifier ce que les visualisations microscopiques montraient et mieux comprendre les forces en jeu.

Bien que cette étude se soit concentrée sur les atomes de tungstène en raison de leur haute résistance à la chaleur du microscope, la méthode peut être appliquée à n'importe quel matériau pour comprendre le frottement et l'usure.

"Ce que nous avons découvert, c'est que peu importe à quel point la surface est lisse et propre, la friction se produit toujours au niveau atomique. C'est complètement inévitable", a déclaré Wang. "Cependant, ces connaissances peuvent conduire à de meilleurs lubrifiants et matériaux pour minimiser autant que possible la friction et l'usure, prolongeant ainsi la durée de vie des systèmes mécaniques." + Explorer plus loin

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