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Umgekehrter Stick-Slip bei einem periodischen, keilförmigen Mikrogitter
05.02.2019 12:00

Wir haben die zeitliche Entwicklung der Gleit­reibung zwischen kolloidalen Kugeln aus PMMA (mit Durch­messern von 3 µm und 9.6 µm) untersucht, die von einem AFM-Canti­lever und einem SiO2-Gitter unter­stützt werden, das aus abwech­selnden Stei­gungen von ± 55° und ebenen Berei­chen besteht, und einer Perio­dizität, die ver­gleich­bar ist oder darunter die Kugel­durch­messer. Bei der größeren Kugel erkennen wir einen repro­duzier­baren 'Reverse Stick-Slip', der sich aus der bloßen Betrach­tung des Impuls­aus­gleichs erklärt. Die Rei­bung ist pro­por­tio­nal zur Normal­last, wie bei einem elasti­schen Kontakt mit einem Keil erwartet. Mit dem gewählten Ver­fahren können ein Rei­bungs­koef­fizient µ = 0.30 und eine Grenz­flächen­scher­festig­keit τ = 0.7 GPa geschätzt wer­den, ohne dass eine Kraft­kali­brie­rung erfor­derlich ist. Diese Reaktion unter­scheidet sich sehr vom regu­lären Stick-Slip mit der Perio­dizität des Gitters, was beob­achtet werden würde, wenn das bekannte Prandtl-Tom­linson-Modell für die Rei­bung, die auf einem perio­dischen Poten­tial auftritt, auf den vor­lie­genden Fall skaliert werden könnte.

Publikation

Alper Özogul, Stephan Gräf, Frank A. Müller, Enrico Gnecco: "Reverse Stick-Slip on a Periodic Wedge-Shaped Micrograting". Tribology Letters (2019) 67:29.


Fig. 1

Fig. 1: (a) Sketch (with true proportions) of the TGG1 grating and of the two PMMA spheres with diameters below (green) and above (yellow) the grating period λ used in the experiment. (b) Force diagram used to derive Eqs. (1–3) in the text.

Fig. 2

Fig. 2: Sphere-grating convoluted topography, lateral force and contact resonance frequency shift maps (top to bottom) as recorded with (a) R = 4.8µm and (b) R = 0.75µm PMMA colloidal probes CP-CONT on the SiO2 grating described in the text, frame sizes: 10µm.

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