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Ein Versehen, das Sie bitte entschuldigen mögen: Leider haben wir am 27.01. zur Entwurfsfassung gegriffen. Hier der korrekte Text:
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.
Korrigierte Version!
Bochum, 29.01.1999
Nr. 25a
Warum es wie geschmiert läuft
Mikroskopische Ursachen für Reibung
Neues aus der Grundlagenforschung zu einem Alltagsproblem
Ein Versehen, das Sie bitte entschuldigen mögen: Leider haben wir am 27.01. zur Entwurfsfassung gegriffen. Hier der korrekte Text:
Schmiermittel gibt es zig-tausende, Testreihen, Erfahrungen und Geheimtips noch mehr - aber unklar ist das, was mikroskopisch 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 verschiedenen Metallen und Isolatoren ergaben, daß nur ein geringer Anteil an elektronischer Kopplung auftritt, die Umwandlung von Bewe-gungsenergie in Wärme erfolgt hauptsächlich direkt durch Aussendung von Phononen, quantisierten Schallwellen im Kristallgitter.
Modelle waren einzige Orientierung
Bislang gab es nur theoretische Modelle, um die mikroskopischen Mechanismen von Reibung zu beschreiben oder rechnerisch vorherzusagen. Seit fünf Jahren arbeitet Prof. Wöll an Experimenten, die die Theorie überprüfen. Bei diesen Untersuchungen wird - idealisiert - für eine einzige Molekülschicht von Schmierstoffen auf Oberflächen von ausgewählten Metallen wie Kupfer, Blei und Ruthenium sowie dem Isolator Diamant die Reibung gemessen. Als Schmierstoffe werden gesättigte Kohlenwasserstoffe wie Hexan, Oktan, Nonan und Dekan eingesetzt.
Versuchsanordnung entwickelt
Bei der gewählten Versuchsanordnung prallen in einem geschlossenen Ultrahochvakuum-System Heliumatome auf die Probe. In Geschwindigkeit und Richtung wohl definiert - ähnlich wie bei einem Molekularstrahl-Experiment - werden die Heliumatome von der Oberfläche des Versuchsmaterials reflektiert und regen dabei Schwingungen der adsorbierten Kohlenwasserstoffmoleküle an. Der Unterschied der Geschwindigkeiten vor und nach dem Stoß gestattet die Berechnung der Frequenzen dieser Schwingungen und der Stärke, mit der sie durch das Aussenden von Schallwellen in die Unterlage oder durch elektronische Prozesse gedämpft werden.
Molekülbewegung erzeugt meist direkt Wärme in Form von Schallwellen
Die Auswertung der Messungen zeigte, daß eine zufriedenstellende Erklärung der gewonnenen experimentellen Daten mit den verfügbaren theoretischen Resultaten nicht möglich war und gab den Anstoß zur Entwicklung eines verbesserten Modells. Der Vergleich der experimentellen Daten mit den neuen theoretischen Ergebnissen ergab dann, daß die Dämpfung der molekularen Bewegung im Fall des Modellschmiermittels Oktan auf den meisten metallischen Oberflächen direkt durch die Anregung von Phononen, quantisierten Schallwellen, gut beschrieben werden kann. Lediglich zwei Forderungen müssen erfüllt sein: Zum einen muß die charakteristische Bewegungsfrequenz der Oktanmoleküle deutlich geringer als die entsprechende des Kristallgitters der Unterlage sein. Zum anderen muß die chemische Wechselwirkung des Schmiermittels mit der Oberfläche sehr klein sein, selbst schwache Bindungen können eine starke elektronische Dämpfung bewirken.
Verbesserung der Versuche
Als nächste Schritte in diesem Projektbereich entwickelt Prof. Wöll neue Versuchsanordnungen, um durch präzisere Messungen an weiteren Klassen von Schmierstoffen eine noch aussagekräftigere Überprüfung der theoretischen Modelle 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/
http://marvin1.pc.ruhr-uni-bochum.de/
Merkmale dieser Pressemitteilung:
Biologie, Chemie, Maschinenbau, Werkstoffwissenschaften
überregional
Forschungsprojekte
Deutsch
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