Table of Contents
הקדמה: פני השטח אנרגיה ודמיון בטריבולוגיה
(Trbology - מדע של אינטראקציה משטחים בתנועה יחסית - ישירות שולט חיכוך, סיכה, ללבוש במערכות מכניות. בלב התופעות האלה הוא מתחנן, הכוח הגורם משטחים לדבוק יחד. Adhesion הוא לא רק "קליקטיבי" בינארי או "לא מקל" רכוש; זה הוא שילוב מורכב של כימיה, גסות, ביקורתיות, ומעניין, בין השאר, לבין מהירויות חיוניות של אנרגיה, בין השאר, לבין דחיסה של כלי דחיסה: 1 עומק, לבין חשיבה, לבין חשיבה, לבין תכונות חיוניות, לבין תכונות של אנרגיה, בין אם הוא שיפור עמוק, בין כלי אינטימיות, לבין חומר חיוני, לבין חשיבה, לבין חשיבה, לבין אינטימיות, בין אם הוא שיפור עמוק, בין אם הוא שיפור עמוק, בין אם הוא שיפור עמוק, לבין חומר חיוני, לבין חומר חיוני, לבין תכונות של מערכת יחסים לאנטיבות, בין אם כן, בין אם כן, לבין חומר חיוני, לבין חשיבה, לבין חומר חיוני, לבין חשיבה, בין כלי תקשורת בין כלי תקשורת בין אם כן, לבין חומר חיוני, לבין חומר חיוני, בין אם כן, לבין חומר חיוני, לבין חומר חיוני, לבין חשיבה: 1 נטיבית, לבין חשיבה, לבין חשיבה, לבין נטיבית של אנרגיה, לבין נטיבית (לאמית (
מה זה Surface Energy?
אנרגיה חיצונית (או אנרגיה חופשית בין-גזעית) היא האנרגיה העודף נוכח על פני השטח של חומר בהשוואה למרביתו. באטומים או מולקולות בפנים מוקפים שכנים וחוויות כוחות מאוזנים.על פני השטח, עם זאת, לאטומים יש פחות שכנים, המוביל לחוסר איזון (קשרי גומלין) שמאחסן אנרגיה נוספים – זו היא אנרגיה על פני השטח, לעומת יחידות של mJ/m או Dyn/h, כיצד למשוך חומרים אחרים.
חומרים מסווגים באופן רחב כמו אנרגיה על פני השטח גבוהה או אנרגיה על פני השטח נמוכה:
- (FLT:0) חומרי אנרגיה על פני השטח גבוה (למשל, מתכות: אלומיניום -840 mJ / m2, פלדה - 1500 mJ / m2; oxides: silica -76 mJ / m2 לאחר ניקוי) נוטים ליצור קשרים דבקים חזקים כי פני השטח שלהם נוטים להפחית את האנרגיה החופשית הכוללת על ידי למשוך שלב שני.
- (ב) [ה]:0 [החומרים] של חומרי האנרגיה של פני השטח [FLT] 1 (למשל, פולימרים: PTFE – 18 mJ/m2, Polyethylenelene=31 mJ/m2) מציגים משיכה חלשה למשטחים אחרים, מה שהופך אותם באופן טבעי לא מקל.
אנרגיה על פני השטח אינה קבוע קבוע קבוע - זה יכול להשתנות על ידי זיהום, חמצון, גסות, ציפויים.למשל, משטח mica טריים יש אנרגיה על פני השטח גבוהה (~450 מ"ג / m2) במצב הנקי שלה, אבל חשיפה במהירות מודעות מים מים vapor ו הידרוקרבן, צמצום האנרגיה האפקטיבי.
Thermodynamic Definition
מבחינה מתמטית, אנרגיית פני השטח קשורה לעבודה הפוכה הנדרשת כדי ליצור שטח חדש על פני השטח.עבור מוצק, זה השינוי ב גיבס אנרגיה חינם לכל אזור: ⁇ = ( ⁇ G / ⁇ A)FLT:0T,P,nuaFLT:1 בפועל, מדידת מגע באמצעות סדקים (למשל, מים, glycol) הם מועסקים כדי להפיץ אנרגיה מוצקה (Ral-RLT) באמצעות מודלים אנרגיה נוזלית) ומודלים מוצקים (Rel) כגון פיזור אנרגיה מוצקה-Kble-Kble-RLT) באמצעות מודלים כגון מודלים אנרגיה מוצקה-Kble-Kbles) אשר משמשים באמצעות מודלים כגון מודלים כגון מודלים של חומרתיקים (RLT) ומודלים (RLT) ומודלים (RLT) באמצעות מודלים של חומרתיקים).
הבנה של Adhesion in Tribological Contacts
בטריבולוגיה, הדבקות מתייחסת למשיכה בין שני משטחים מגע ברמה האטומית או המולקולרית.משיכה זו נובעת מכוחות בלתי-חלליים שונים – ו- der Waals, מינוף מימן, אלקטרוסטטי, ובמקרים מסוימים קשר כימי. Adhesion הוא המקור הבסיסי של חיכוך סטטי (הכוח הנדרש ליזום החלט) ותורמים באופן משמעותי לחיכוך coefficient, במיוחד כאשר פני השטח הם נקיים וחלקיקים וחלקיקים.
בתנאים תלת-תחומיים, הדבקות יכולה להיות מועילה או מזיקה:
- (ב) ⁇ :0) ⁇ (בשיתוף: ⁇ ) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
- (ב) [ה]התמדה: [ה] [ה]] [ה]] [ה]]] [ה]]]] [ה]]] [ה]]ה[ה]]]]]], [ה]] [התביעה] [ב]]] [התב[ה]]]] [התביעה] [התב[התחילה] [ה]]] [ה[ה]]] [ה[ה[ה[ה]]]]]]] [ה[ה[ה[ה[ה[ה[ה]]]]]]]]]] [ה[ה[ה[ב[[ה[ב[[ה]]]]]]]]]]]]]]]] [ב[ה[ב[[ה[ה[ה[ה[ה[ה[ה[ה[ה[ה[ה]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [ה[ה[ה[ה[ה[ה[ה[ה]]]]]]]]]]]]]] [ה[ה
גודל הדבקות תלוי באזור האמיתי של מגע (אשר נקבע על ידי עומס, קשיחות וחוספס) ואת אנרגיית פני השטח הספציפי של כל חומר.זה בא לידי ביטוי על ידי משוואה Dupré, אשר מגדירה את העבודה התרמודדימית של דבקות:
(ב) ויקרא י"ד: ויקרא י"ד: ויקרא י"ד: ויקרא י"ד: ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
(ב) ויקרא י"א): "וַיְּהִיא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא
אנרגיה על פני השטח לעומת מעשי Adhesion
בעוד משוואה Dupré נותן מקסימום תיאורטי, דבקות אמיתית במגעים tribological היא הרבה יותר נמוך בשל גסות, זיהום, ועיוותים אלסטיים-פלסטיק.עם זאת, אנרגיית פני השטח מגדירה את הגבול העליון: חומרים עם ערכים גבוהים ⁇ (למשל, מתכות) יכול להשיג מאוד גבוה אם פני השטח הם מאוד נקי וחלק.
הקשר בין אנרגיה ודעה קדומה: עקרונות מרכזיים
הקשר מתואר היטב על ידי הרעיון של FLT:0 [המחקר] של עבודה ⁇ FLT:1 והשפעתו על שני חיכוך סטטיים ומנגנונים לבישים.
תפקיד הכוחות הבלתי-ארוכים
כל החומרים אינטראקציה באמצעות כוחות ואן דר וואל, שהם כל כך חלשים אבל חלשים אלא אם פני השטח באים קרוב מאוד (עם כמה ננומטרים) הכוח של קשקשים של וואלאס עם המוצר של אנרגיות פני השטח של שני החומרים.עבור מתכות וקרמיקה עם אנרגיה על פני השטח גבוהה, התרומה הנוספת של כוחות הקוטב (למשל, יחסי מימן או קשר הדוק בין מגע בין פני הממשק) יכולים לגרום למתחם חזק מאוד, רק לפיזור אנרגטי חזק.
אפקט של נוקשות פני השטח
(החומר) מקטין את שטח הקשר האמיתי, ובכך מוריד את מספר האג"ח האטומי שנוצר.עם זאת, גסות מציגה גם קידוד בין-החלפה מכני לבין עיוות אספרטי (בהקשר של אנרגיה על פני השטח, משטחים חלק עם קידוד גבוה (למשל, טיפות סיליקון מלוטש) מציגות מאוד גבוה כי כמעט כל האטומים של פני השטח יכולים אינטראקציה.
קונסולה ושינויים באנרגיה על פני השטח
משטחים אמיתיים באוויר מכוסים כמעט מיד על ידי שכבת מים, פחמימנים, או תחמוצות. שכבת זיהום זו למעשה משנה את אנרגיית פני השטח.לדוגמה, משטח אלומיניום נקי עם ⁇ -840 מ"ג'יי / m2 יוצר במהירות שכבת תחמוצת hydrated (alumina) עם ⁇ - 100 m-200J / m2. Luricants נוסף כדי לשנות את האנרגיה הגבוהה ביותר:
תפקיד העבודה של הפרדה
משוואה Dupré היא הפוכה; עם זאת, דבקות אמיתית כרוכה תהליכים בלתי הפיכים כגון עיוות פלסטי, פיזור מולסטי, ושבר.לכן, הכוח המעשי להפריד משטחים (הכוח הטהור) יכול להיות פקודות של גודל גדול יותר מאשר העבודה התרמודינמית של אנרגיה על פני השטח עדיין למשול את המרכיב העצמאי: עם חומרים נוטים גבוה יותר ⁇ (R) כמו מכניקה מגע גמישה על ידי DMT) על ידי כוחות מגע ג'ר (DKD) על ידי ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
⁇ בטריבולוגיה: כיצד אנרגיה חיצונית מניעה פריצה ולבוש
הממשק בין אנרגיית פני השטח לבין דבקות משפיע ישירות על משככי החיכוך, שיעורי הלבוש, ומשטרי סיכה.כאן אנו שוברים את ההשלכות על פני יישומים תלת-אבולוגיים שונים.
« « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « «
(ב) [[1924]]]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]
ללבוש מצבים מקושרים ל Adhesion
- (ב) [ה]ה']: [ה'] [ה']'[ה]'[ה]'[ה]'[ה]'[ה]'[ה]']'[ה']'[ב]']'[ה']'[ה']'[ה']'[ה']']'[ה']']'[ה']'[ה']']'[ה'[ה']']'[ה'[ה']'[ה'[ה'[ה'[ה'[ה'[ה']']']'[ה'[ה'[ה'[ה']']']']'[ה']']'[ה'[ה'[ה'[ב[[ה']']']']'[ה'[ה']'[ה'[ה']'[ה']']']'[ה']']'[ב[[ה'[ה'[ה']']'[ה']']'[ב[[ה'[ה']'[ה'[
- (FLT:0)Fatigue Wear: FLT:1 אנרגיית פני השטח משפיעה על טיהור סדקים והפצת ממשק.
- (FLT:0Corrosive Wear: FLT:1) אנרגיה על פני השטח משפיעה על המודעות של מינים קורוזיים.משטחי אנרגיה גבוהה מושכים יותר מולקולות תגובתיות, פוטנציאל מאיץ חמצון או ללבוש כימי.
משטרים של אנרגיה ובסיסית
בהתרגשות גבולית, שבו מתרחשת מגע אספרטי, היכולת של lubricant להישאר על פני השטח תלויה מתח פני השטח שלה ואת האנרגיה של פני השטח של תת-קרקעית. לדוגמה, lubricants הקוטב (למשל, חומצות שומן) להגיב עם תחמוצות מתכת כדי ליצור סרטים דל-מחץ; ⁇ זה מונע על ידי פני השטח הגבוה של המתכת, בניגוד אנרגיה נמוכה, לא יכול להתפשט.
דוגמה: כונן קשיח מגנטי
בכוננים קשיחים של דיסק, ראש קורא / לשכת (FLT:0ululirrFLT:1) זבובים ננומטר מעל דיסק מסתובב.משטח הדיסק הוא מכוס עם סרט DLC ומונוlayer של perfluoropolyether (PFPE) lubricant.המשטח של דיסקה ישבה עם סרט DLC / mJ2) הוא בכוונה קרוב לכך של DLC כדי למנוע גבהים איטיים עדיין.
יישומים ודרכים עתידיות בשליטה על אנרגיה
הידע של מערכות יחסים של אנרגיה על פני השטח מעורר השראה מגוון רחב של פתרונות תלת-חמצני על פני תעשיות. להלן הם אזורי יישום מפתח וכיוונים מחקר מתעוררים.
1.נמוך-סורג'יה מתקפלת לאנטי-מודעה
(מסלולים כגון PTFE, molybdenum disulfide (MoS2), ו גרף תחמוצת גרף מוחלים כדי להפחית את החתך והחיכוך. בפרט, FLT:0diamond-like Carbon (DLC)uaFLT:1 ציפויים עם יחס חטוף 3 / sp2 מותאם יכול להשיג אנרגיות משטח מ -30 - 50J / m2, המציע איזון בין חזק ל-heLC) ל- DLC עד ל- tvtto משתמשת במנוע נמוך ל- DLC (לחמה) כדי להפחית את הפחתת חומצה נמוכה ל- DLC) ל- DLC) על ידי שימוש ב- DLC עד 25% על ידי חומצה נמוכה כדי להפחית את הפחתת חומצה נמוכה (D.
אזור גדל נוסף הוא <חזק>ציפוי רוח .התדה קרח על פני השטח נשלט על ידי אנרגיה על ידי פני השטח: פני השטח באנרגיה גבוהה (למשל, אלומיניום חשוף) להתחבר חזק עם קרח ( ⁇ עבור קרח -80 mJ / m2), מה שהופך de-icing קשה. סיליקון מבוסס ציפויים עם ⁇ 25 טקסט משטח לייזר (LST) מייצר דיודות מיקרו בקנה מידה או grooves כי מלכודות lubricant ולהפחית את אזור מגע אמיתי.למרות האנרגיה משטח intrinsic של החומר נשאר ללא שינוי, דפוס המרקם מקטין את הדבקות האפקטיבי כי כתמים מגע בפועל הם קטנים יותר ומפוזרים. משטחים טבעיים מראים שליטה מרהיבה על דבקות באמצעות מבנה היררכי וכימיה פני השטח.העלים (FLT:0) לוטוס עלון FLT:1 משתמש בשילוב של מיקרו פפילה וציפוי אנרגיה נמוכה שעווה כדי להשיג גמישות גבוהה מתג עצמי על ידי מיקרו-בקר (מגע זווית) עם מיקרו-בקר (Doltoltials) של ⁇ dicials) על ידי ⁇ (D) של אנרגיה נמוכה (D) ו-Ricials-Ricial) על ידי ⁇ (D) על ידי ⁇ (D) ⁇ (D) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ (D) על ידי ⁇ ⁇ (D) ⁇ ) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ גירוי חיצוני כגון טמפרטורה, pH, שדות חשמליים או אור יכול לשנות את האנרגיה של חומרים חכמים.לדוגמה, FLT:0thermal-responsive פולימריםFLT:1 (למשל, פולי(N-isopylacrylamide) לשנות את האנרגיה שלהם מעל טמפרטורה קריטית, מעבר הידרופילית ( ⁇ גבוהה) ל הידרופובי (lowological ), הוא כבר יכול להיות יותר חומרים אלקטרו-דלקתיים על פני השטח). גבול נוסף הוא (FLT:0) משטחים ממוזגים (SLIPS - חלקלקים ממשטחי ⁇ נוזליים) שמן אנרגיה דלת-קרקע נעול לתוך מוצק מרקם, יצירת שכבת סיכה כמעט ללא פגם.הממשק הנוזלי-השקיד יש אנרגיה נמוכה מאוד, צמצום דרמטי של דבק עבור שתי הפחתת קרח וגישה אנטי-ריקנית זו, יש ירידה אנטי-מפוסקתית, ושפלת, יש גישה אנטי-מחץ, ושפל. ההתקדמות האחרונה במדידות מגע אוטומטיים ולמידה של מכונה מאפשרת אפיון מהיר של אנרגיה על פני השטח עבור מאות יצירות חומריות.זה מאפשר גילוי של ציפויים חדשים או טיפולים משטח כי אופטימיזציה של מתחנן לדרישות תלת-חמצני ספציפיות. לדוגמה, שילוב ספריות של מונוlayers עצמי להרכיב (SAMs) עם קבוצות מסוף שונות (-CH3,OH,CO, OH,C -F3) כבר היה שילוב הטוב ביותר עבור זיהוי MEMSIQ. היחסים בין אנרגיית פני השטח לבין דבקות במגעים תלת-חמצני הם יסוד עדיין מנומנם. אנרגיית פני השטח מספקת את כוח הנהיגה התרמודינמי לדבקות, בעוד שדבקות מעשית מובנות על ידי גסות, זיהום, ועיוות חומרי.על ידי הבנה ומניפולציה של אנרגיה על פני השטח - באמצעות בחירה חומרית, ציפויים, מרקמים, ובהירות חכמה - מערכות עיצוב יכולות להתמזגות עם חיכוך דינמיות עם למערכות הפעלה איטיות יותר עם למערכות הפעלה דינמית למערכות יחסים מתקדמות יותר דינמית למערכות אבטחה דינמית , כמו גם , כמו גם דינמית למערכות הפעלה למערכות הפעלה למערכות למערכות למערכות למערכות מנטאליות דינמית למערכות הפעלה דינמית , כמו גם מנטאליות מנטאליות למערכות למערכות אבטחה מנטאלימות מנטאליות מנטאלימות מנטאליות . (ב) ויקרא: "בְּהִנְּבְּבְהִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִי" (במדבר כ"ד)דף הבית > Surface Texturing to Modulate Effective Surface Energy
3.Bimimetic Surfaces בהשראת הטבע
4.לוריקנטים חכמים עם אנרגיה על פני השטח
High- Throughput Surface Energy Screening
מסקנה: Mastering Surface Energy to Control Adhesion