Frictie is lastig te voorspellen en controleren, vooral omdat oppervlakken op nanoschaal nooit helemaal vlak zijn. Wrijving controleren is van belang voor onder meer het voorspellen van aardbevingen en bij het miniaturiseren van halfgeleiderapparaten. Een groep onderzoekers van de Universiteit van Amsterdam laat nu zien dat de frictie tussen twee siliciumoppervlakken vooral afhangt van de chemische bindingen die de twee oppervlakken met elkaar aangaan. Met die informatie kun je de hoeveelheid frictie controleren.

De Amsterdamse onderzoekers tonen experimenteel aan dat de wrijving tussen een siliciumbol en een siliciumvlak met name afhankelijk is van siloxaanbindingen (Si-O-Si) die tussen de twee oppervlakken vormen. Ze leggen zo een direct verband tussen wat er op nanoschaal gebeurt en hoe het materiaal zich op macroniveau gedraagt. Het verband kwam aan het licht toen ze de oppervlakken lieten drogen in stikstof. Oppervlaktevervuiling sloeg neer op de oppervlakken en blokkeerde de Si-OH groepen, waardoor er minder siloxaanbindingen konden vormen. De frictie nam daardoor af.

Eerste auteur Liang Peng die in de afrondende fase van zijn PhD zit, keek voor dit onderzoek naar dynamische frictie, maar hij wil nu zien hoe de bindingen tussen de siliciumoppervlakken de overgang van statische naar dynamische frictie beïnvloeden. Hij voorziet toepassingen in de lithografie. ‘Frictie is behoorlijk belangrijk voor een uitlijnsysteem. Het kan echt invloed hebben op de precisie, dus ik hoop dat ingenieurs dit kunnen gebruiken om de prestaties van zulke systemen te verbeteren.’

Liang Peng et al. (2023) Physical Review Letters https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.226201