Дослідження трибологічних властивостей наноструктурних об'єктів на атомно-гладких поверхнях

Abstract

Розроблено і апробовано принципово новий метод для дослідження тертя в точковому контакті за допомогою левітуючого в магнітному полі маятника. Головна перевага методу полягає в тому, що він забезпечує неруйнівний режим вимірювань для надтонких (в граничному випадку моношарових) змащувальних плівок. Метод дозволяє оперативно проводити вимірювання коефіцієнтів тертя в режимах сухого тертя та в присутності змащувальної плівки. В якості змащувальних плівок використані самовпорядковані моношари n-алканів n-CnH₂n₊₂ (n=24, тетракозан та n=48, октатетраконтан), нанесені на атомно-гладкі поверхні високоорієнтованого піролітичного графіту (ВОПГ). Структура моношарів досліджена за допомогою сканувального тунельного мікроскопа (СТМ) з молекулярним розділенням. Встановлено, що коефіцієнт тертя немонотонно залежить від довжини молекули. Отримані результати пояснюються в рамках моделі, яка базується на несумірності алкільного ланцюга і підкладки графіту.

Разработан и апробирован принципиально новый метод для исследования трения в точечном контакте с помощью левитирующего в магнитном поле маятника. Главное преимущество метода заключается в том, что он обеспечивает неразрушающий режим измерений для сверхтонких (в предельном случае монослойных) смазочных пленок. Метод позволяет оперативно проводить измерения коэффициентов трения в режимах сухого трения и в присутствии смазочной пленки. В качестве смазочных пленок использовали самоупорядоченные монослои n-алканов n-CnH₂n₊₂ (n = 24 тетракозан и n = 48, октатетраконтан), нанесенные на атомно-гладкие поверхности высокоориентированного пиролитического графита (ВОПГ). Струк тура монослоев исследовалась с помощью сканирующего туннельного микроскопа (СТМ) с молекулярным разрешением. Установлено, что коэффициент трения немонотонно зависит от длины молекулы. Полученные результаты объясняются в рамках модели, основанной на несоизмеримости алкильной цепи и подложки графита.

A fundamentally new method for the study of the friction in a point contact with the help of a pendulum levitated in a magnetic field has been developed and tested. The main advantage of the method is non-destructive regimes of measurements for the ultrathin (e.g., monolayers) lubricant films. The method allows us to provide fast measurements of friction coefficients in regimes of dry friction and in the presence of a lubricant film. Self-assembled monolayers of n-alkanes n-CnH₂n₊₂ (n = 24 tetracosan, and n = 48, octatetracontan) deposited on the atomic-smooth surfaces of highly oriented pyrolytic graphite (HOPG) are used for these purposes. The structure of monolayers is investigated, by using a scanning tunneling microscope (STM) with molecular resolution. The obtained results are explained in the frame of a simple one-dimensional model, which considers n-alkane chain adsorbed on the graphite substrate. Using this model, we have found that the sliding force acting on an n-alkane molecule depends on the molecular length in non-monotonic manner.