Bir tür sürtünme, iki mükemmel pürüzsüz yüzey birbirine karşı hareket ettiğinde bile enerji israfına neden olabilir, ancak araştırmacılar bunun nasıl azaltılacağı veya tamamen durdurulacağı konusunda fikir sahibi oluyorlar
Nesneler sürtünmeye neden olacak şekilde etkileşime girebilecek elektronlarla doludur
Cihazların mükemmel derecede pürüzsüz olan parçaları, içlerindeki elektronlar nedeniyle hala sürtünmeye maruz kalabiliyor ancak yeni bir yöntem, araştırmacıların bunu kapatmasına veya tamamen kapatmasına olanak sağlayabilir. Bu elektronik sürtünmeyi kontrol etmek, daha verimli ve uzun ömürlü cihazların üretilmesine yardımcı olabilir.
Sürtünme kuvveti harekete karşı koyar, enerjiyi dağıtır ve çevremizde her yerde bulunur; örneğin kaymadan yürümemizi ve kibrit yakmamızı sağlar. Motor gibi makinelerde sürtünme, enerjiyi boşa harcar ve aşınmaya neden olur, bu nedenle yağlayıcılar ve yüzey mühendisliği ile bununla mücadele edilmelidir. Ancak bu yöntemlere bakılmaksızın bir miktar sürtünme devam edebilir çünkü nesneler birbirleriyle etkileşime giren elektronlarla doludur.
Şimdi Çin’deki Tsinghua Üniversitesi’nden Zhiping Xu ve meslektaşları bu “elektronik sürtünmeyi” kontrol etmenin bir yolunu geliştirdiler. İki katmandan oluşan bir cihaz yaptılar: bir parça grafit ve molibden ve kükürtten veya bor ve nitrojenden yapılmış bir yarı iletken.
Her üç malzeme de iyi katı yağlayıcılardır; bu da birbirlerine karşı kayan mekanik sürtünmenin neredeyse sıfır olduğu anlamına gelir. Xu, bunun araştırmacıların, cihazın katmanları hareket ettiğinde enerji harcayan elektronik sürtünmenin daha “gizli” mekanizmasına odaklanmasını sağladığını söylüyor. “Yüzeyler mükemmel bir şekilde kaydığında bile, mekanik hareket yine de malzemelerin içindeki elektron ‘denizi’ni harekete geçirebilir” diyor.
Araştırmacılar, gerçekten elektronik sürtünmeye baktıklarını doğrulamak için ilk olarak yarı iletken katmandaki elektronik durumların kayma sırasındaki enerji kaybına nasıl karşılık geldiğini incelediler. Daha sonra bunu kontrol etmenin çeşitli yollarını denediler.
Katmanlar arasındaki elektronların enerji açısından maliyetli yollarla etkileşime girmek yerine durumları paylaşmasını sağlayan cihaza basınç ekleyerek ve cihaza, elektron denizinin ne kadar karışabileceğini kontrol eden bir “önyargı voltajı” ekleyerek bunu tamamen kapatmayı başardılar.
Cihazın iki farklı parçasındaki voltajın değiştirilmesi, elektronların cihaz içinde akmasını kolaylaştırdı ve araştırmacıların elektronik sürtünmeyi azaltmasına olanak tanıdı; cihaz, açma-kapama düğmesi yerine kontrol kadranı görevi görüyordu.
North Carolina Eyalet Üniversitesi’nden Jacqueline Krim, elektronik sürtünmeyle ilgili ilk çalışmaların, ekibinin elektriği son derece düşük sıcaklıklarda mükemmel bir şekilde ileten bir malzeme (süper iletken) kullanarak bu özel durumda ortadan kaybolduğu 1998 yılına dayandığını söylüyor. O zamandan beri araştırmacılar, malzemeleri tamamen değiştirmeye veya cihazlarına yeni yağlayıcılar eklemeye gerek kalmadan bunu kontrol etmenin yeni yollarını geliştirdiklerini söylüyor.
Krim, ideal durumun, örneğin buzlu bir kaldırımdan halı kaplı bir odaya yürürken ayakkabı tabanlarınızın sürtünmesini ayarlamak için bir akıllı telefon uygulaması kullanmaya benzeyeceğini söylüyor. “Amaç, hiçbir kesinti veya malzeme israfı olmayan bu gerçek zamanlı uzaktan kumandadır. Bunu başarmak için, dış alanlara istenen sürtünme seviyesini sağlayacak şekilde yanıt veren bir malzemeye ihtiyaç vardır” diyor.
Xu, bir cihazda mevcut olan her türlü sürtünmeyi yönetmenin kısmen zor olduğunu çünkü araştırmacıların hepsini birbiriyle titizlikle ilişkilendirecek bir matematiksel model henüz geliştirmediğini söylüyor. Ancak enerji israfının veya aşınmanın ana nedeninin elektronik sürtünme olduğu durumlarda ekibinin bulgularının şimdiden umut verici olabileceğini söylüyor.
