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Plowing-Induced Structuring of Compliant Surfaces
25.06.2019 12:00

Die Strukturen, die durch eine scharfe Spitze erzeugt werden, welche eine nachgiebige Oberfläche abkratzt, werden im veranschaulichenden Fall von Abtastmustern modelliert, die durch eine Reihe von parallelen Linien gebildet werden. Möglich wird dies durch eine modifizierte Version des Prandtl-Modells für Stick-Slip-Reibung mit einer Wechselwirkungsenergielandschaft, die die Morphologie der sich entwickelnden Oberfläche nachbildet. Infolgedessen entsteht ein Welligkeitsmotiv mit einem Neigungswinkel, der linear mit dem Abstand zwischen den Scanlinien zunimmt, mit Ausnahme des Bereichs nahe der linken Grenze des gescannten Bereichs, in dem die Welligkeiten unter 90° ausgerichtet sind. Dieser Bereich kann erheblich nach rechts durchdringen und ein komplexes verzweigtes Muster bilden. Diese Vorhersagen werden durch Atomkraftmikroskopie-Nanolithographie-Experimente an Polystyroloberflächen bei Raumtemperatur bestätigt. Somit wird ein einfaches und robustes theoretisches Protokoll zur Reproduktion von Verschleißvorgängen im Frühstadium (möglicherweise über Einzelkontakte hinaus) zur Verfügung gestellt.

Publikation

Juan J. Mazo, Pedro J. Martínez, Patricia Pedraz, Jana Hennig, Enrico Gnecco: "Plowing-induced structuring of compliant surfaces". Phys. Rev. Lett. 122 (2019), 256101.


Figure_1

(a) AFM topography image of a polystyrene surface being scraped by a sharp silicon tip sliding along the path shown in the bottom left corner. The frame size is 10×10µm2, and the normal force, scan velocity, and separation distance have, respectively, the following values: b=20nm, FN=200nN, and v=11.2µm/s. (b) Cross section corresponding to the dashed line in Fig. 1(a).

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