Was ist Superschmierung?

Superlubricity ist ein spezielles Materialphänomen, bei dem die Reibung zwischen zwei Materialien gegen Null sinkt. Eine echte Nullreibung ist thermodynamisch nicht zulässig, aber die Superschmierung kommt nahe. Dieses Phänomen der Superschmierung tritt auf, wenn zwei Oberflächen Kristallgitter haben, die in inkommensurem Kontakt sind, was bedeutet, dass die Kristallanordnung so ist, dass nur eine winzige Minderheit der Atome auf der Oberfläche mit der gegenüberliegenden Oberfläche in Kontakt kommt, was eine verschwindend geringe Reibung erzeugt.

Bisher wurde Superschmierung am deutlichsten bei Graphit beobachtet, obwohl sie auch kurzzeitig zwischen Glimmerplatten oder zwischen einer Wolframnadel und einer Silizium- oder Graphitoberfläche beobachtet wurde. Superschmierung wurde entdeckt, als Physiker mit sehr hoher Präzision die Reibungskraft zwischen Kristalloberflächen untersuchten. Wenn zwischen zwei solchen Oberflächen eine „Gitterfehlanpassung“ besteht, kann die Reibung fast vollständig verschwinden. Diese Gitterfehlanpassung wird einfach dadurch erreicht, dass mit der Orientierung der Kristallschichten zueinander gespielt wird.

Superschmierfähigkeit ist interessant, weil sie in einer trockenen Umgebung stattfindet – zwei Kristallflächen – und nicht in einer nassen Umgebung, die normalerweise mit Schmierstoffen verbunden ist. Bei einem herkömmlichen Schmiermittel erzeugt die Rührwirkung zwischen Schmiermittelmolekülen und den angrenzenden Oberflächen tatsächlich eine gewisse Reibung, was zu Wärme-, Energieverlust und Materialgrenzen führt. Bei präzise konstruierten Superschmierstoffoberflächen würde dieser marginale Energieverlust praktisch verschwinden, was neue Arten der Konstruktion ermöglicht. Um die richtige Orientierung und Stabilität der Kristallgitter zu gewährleisten, könnte leider eine nanoskalige Technik erforderlich sein, die außerhalb des Bereichs der heutigen Herstellung liegt.

Supralubrizität wurde in Bezug auf die Eigenschaften von Supraleitung und Suprafluidität geprägt, obwohl sie mit diesen keine wirklichen Ähnlichkeiten hat. Die Supraschmierung und ihre Erforschung ist ein relativ junges Gebiet, das 1991 aufkam, aber in der Zwischenzeit nicht viel untersucht wurde. In der Supraleitung fließt Strom ohne Widerstand und in der Überflüssigkeit fließt eine Flüssigkeit ohne Widerstand (Reibung). Obwohl Superfluide reibungsfrei sind, ähnlich wie Superschmierstoffe, ist der zugrunde liegende physikalische Mechanismus grundlegend anders.