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(00024) 27.01.1999 14:56

Mikroskopischen Ursachen für Reibung auf der Spur


Bochum, 27.01.1999
Nr. 25

Warum es wie geschmiert läuft
Mikroskopischen Ursachen für Reibung auf der Spur
Neues aus der Grundlagenforschung zu einem Alltagsproblem


Schmiermittel gibt es zig-tausende, Testreihen, Erfahrungen und
Geheimtips noch mehr -  aber unklar ist das, was geschieht, wenn
Reibung auftritt. Mit ersten Ergebnissen seiner Grundlagenforschung
konnte Prof. Dr. Christof Wöll (Physikalische Chemie, Fakultät für
Chemie der RUB) den Schleier ein wenig lüften: Die Reibungswärme ist
wesentlich mechanisch erzeugt. Experimente mit Metallen und
Halbleitern ergaben, daß nur ein geringer Anteil an elektronischer
Kopplung und eine hohe Anregung von Phononen - Quanten von
Schallschwin-gungen und Wärmebewegung als Schwingung von
Kristallgittern - auftritt.

Modelle waren einzige Orientierung

Bislang gab es nur theoretische Modelle, um Reibung zu beschreiben
oder rechnerisch vorherzusagen. Seit fünf Jahren arbeitet Prof. Dr.
Wöll an Experimenten, die die Theorie überprüfen. Bei diesen
Untersuchungen wird  - idealisiert -  mit dem Grenzfall nur einer
Molekülschicht von Schmierstoffen auf Oberflächen  von Leitern  wie
Kupfer und Blei, Halbleitern z.B. Ruthenium sowie dem Isolator Diamant
die Reibung gemessen. Als Schmierstoffe werden gesättigte
Kohlenwasserstoffverbindungen wie Hexane, Octane, Nonane und Decane
eingesetzt.

Versuchsanordnung entwickelt

Bei der gewählten Versuchsanordnung wird in ein geschlossenes
Ultrahochva-kuum-System Helium beschleunigt. In Geschwindigkeit und
Richtung  wohl definiert - ähnlich wie bei einem
Molekularstrahl-Experiment - werden die Heliumatome durch ein
kurzfristig geöffnetes "Leck" ins System quasi eingesogen. Nachdem sie
von der Oberfläche des Versuchsmaterials, in das sie wegen ihrer
geringen Masse nicht eindringen können, abgebremst und reflektiert
wurden, entweichen sie durch eine zweite kurzfristige Öffnung. Ihre
Geschwindigkeiten vor und nach dem Anstoß mit der
Kohlenwasserstoffschicht geben Aufschluß über den Energieverlust  und
somit über die geleistete Arbeit bzw. überwundene Reibung. Diese
Methode wurde speziell für die Messung der Phononen an der Oberfläche
entwickelt.

Meist Wärme als Folge von Reibung

Die Auswertung der Messungen ergab, daß die Dämpfung der Bewegung der
reibungsmindernden  Octanmoleküle auf metallischen Oberflächen durch
die Anregung von Phononen oder Wärme gut beschrieben werden kann.
Lediglich zwei Forderungen müssen erfüllt sein: Zum einen muß die
Frequenz der Bewegung der Octanmoleküle deutlich geringer als die
Frequenz der Phononen sein, also der Wärmebewegung der Kristallgitter.
Zum anderen dürfen die chemischen Anla-gerungskräfte an die
Testoberflächen nicht über den mechanischen Kräften liegen, denn schon
geringe chemische Reaktionen können  eine erhebliche elektronische
Anregung zur Folge haben.

Verbesserung der Versuche

Als nächste Schritte in diesem Projektbereich  entwickelt Prof. Wöll
neue Versuchsanordnungen, um die beobachteten Phänomene noch genauer
messen zu können und einen präzisen  Vergleich mit der Theorie zu
ermöglichen.

Weitere Informationen

Prof. Dr. Christof Wöll, Ruhr-Universität Bochum, Fakultät für Chemie,
Physikalische Chemie I, Tel.: 0234/700 -5529, Fax: 0234/7094-182,
E-mail: woell@pc.ruhr-uni-bochum.de, http://marvin1.pc.ruhr-uni-bochum.de/















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Mit freundlichen Gruessen

Dr. Josef Koenig
RUB - Ruhr-Universitaet Bochum
- Pressestelle -
44780 Bochum
Tel: + 49 234 700-2830, -3930
Fax: + 49 234 7094-136
Josef.Koenig@ruhr-uni-bochum.de

Schauen Sie doch bei uns mal rein:
http://www.rz.ruhr-uni-bochum.de/pressestelle

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