В поисках компонентов для наносистем и наномеханизмов, создающих при своем движении очень маленькое трение, ученые из Технологического университета Мюнхена (Technische Universitaet Muenchen, TUM) во главе с профессорами Торстеном Хугелем (Thorsten Hugel) и Александром Холлеитнером (Alexander Holleitner) исследовали поведение молекул полимеров, растворенных в растворителе, которые притягиваются к поверхностям из определенных материалов. Целью данных исследований являлось изучение действия основных законов физики на молекулярном уровне для того, чтобы использовать полученные знания в разработке антифрикционных поверхностей и новых видов смазок. И в ходе данных исследований ученые неожиданно для себя обнаружили еще один из видов сил трения, который возникает на наноразмерном уровне.

Проводя свои исследования, ученые поместили конец молекулы полимера на наконечник атомно-силового микроскопа (atomic force microscope, AFM). Второй конец молекулы вместе с наконечником микроскопа перемещался вдоль испытуемой поверхности из определенного материала. Такая комбинация позволяла с помощью AFM-микроскопа измерить значение сил трения, которые испытывала молекула полимера во время движения по поверхности.

Помимо двух известных механизмов возникновения сил трения, таких, как притяжение и скольжение, исследователи обнаружили третий механизм, который проявлялся лишь при определенных комбинациях полимерного материала, материала поверхности и растворителя. Исследователи назвали этот механизм "десорбционным сопротивлением" (desorption stick).

"Несмотря на то, что молекула полимера во время движения прижимается к поверхности, край молекулы может начать растягиваться в окружающий раствор без видимого воздействия каких-либо известных сил, создавая при этом дополнительное сопротивление, т.е. трение" - рассказывает профессор Хугель, - "Причиной этому является, быстрее всего, низкое внутренне трение в пределах полимерной молекулы".

Согласно имеющейся информации новый механизм трения не зависит от скорости движения, от силы прижима к поверхности и от адгезионных свойств полимерного материала. На это оказывает воздействие химические свойства материала поверхности и вид используемого растворителя. К примеру, поверхность гидрофобного пенопласта демонстрирует полное отсутствие третьего механизма трения, когда полимерный материал растворен в хлороформе, то при растворении материала в воде третья сила трения, десорбционное сопротивление, проявляется достаточно сильно.

"Понимание процессов, приводящих к появлению сил трения, изученные нами с помощью одной единственной молекулы, открывают совершенно новые способы минимизации трения" - рассказывает профессор Холлеитнер, - "В будущем, особая предварительная подготовка полимерных материалов, подходящих для различных видов поверхностей, позволит создавать узлы и механизмы, не подверженные или слабо подверженные трению не только на нано- и микро- уровне. Эти же методы можно будет успешно применять и на обычном уровне, снижая трение и уменьшая износ частей и деталей различных механизмов, в том числе и двигателей автомобилей".