ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМОВ СНИЖЕНИЯ ТРЕНИЯ В НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ ПОВЕРХНОСТЯХ

АННОТАЦИЯ

В данной работе рассматривается исследование механизмов снижения трения в наноструктурированных поверхностях с использованием метода сканирующей зондовой микроскопии. Предоставляется информация о значительном снижении трения и износа при использовании наноструктурированных поверхностей по сравнению с традиционными материалами.

ABSTRACT

This paper discusses the study of mechanisms for reducing friction in nanostructured surfaces using the method of scanning probe microscopy. Information is provided on the significant reduction in friction and wear when using nanostructured surfaces compared to traditional materials.

Ключевые слова: наноструктуры, трение, износ, микроскопия, графен, нанотрубки, металлические, наночастицы, оптимизация, покрытия.

Keywords: nanostructures, friction, wear, microscopy, graphene, nanotubes, metal, nanoparticles, optimization, coatings.

Введение. Снижение трения играет ключевую роль в современных технологиях и инженерных системах. Трение между контактирующими поверхностями может привести к износу, потере энергии и перегреву, что негативно сказывается на эффективности и надежности механизмов. Разработка методов минимизации трения влечет за собой огромные перспективы для улучшения производительности, увеличения срока службы компонентов и сокращения затрат на обслуживание.

Методология. Методика под названием "Метод сканирующей зондовой микроскопии (СЗМ) для изучения трибологических свойств наноструктурированных поверхностей" позволяет детально исследовать механизмы снижения трения в наноструктурированных поверхностях на микро- и наноуровнях. Эта методика включает в себя использование специальных типов микроскопов для измерения сил трения и поверхностных свойств с высокой разрешающей способностью. Первый этап этой методики заключается в подготовке наноструктурированных образцов, которые могут включать различные наноматериалы, такие как графен, углеродные нанотрубки, металлические и керамические наночастицы. Подготовка включает контроль над геометрией, размерами и распределением наноструктур на поверхности. После подготовки образцов исследование начинается с измерения поверхностных свойств и структурных характеристик при помощи атомно-силового микроскопа (АСМ) или сканирующего туннельного микроскопа (СТМ). Эти инструменты позволяют получать топографические карты поверхности и проводить анализ на атомарном уровне, определяя морфологию и распределение наноструктур. Далее проводится серия экспериментов для измерения коэффициента трения и сил трения между наноструктурированной поверхностью и соответствующим контактным материалом. Для этого могут использоваться специальные приставки к микроскопам, такие как трибометр или специальный наконечник, который находится в контакте с исследуемой поверхностью. Во время экспериментов, контролируются различные параметры, такие как нагрузка, скорость скольжения, и тип контактного материала, для оценки их влияния на свойства трения и износа. Данные о коэффициентах трения и износа записываются и анализируются для выявления закономерностей. Методика также включает анализ полученных данных с использованием методов статистики и моделирования, чтобы лучше понять механизмы, влияющие на снижение трения в наноструктурированных поверхностях. Результаты экспериментов позволяют определить наиболее эффективные наноструктуры и условия для достижения минимального трения.

Результат. В результате проведенного исследования по методике сканирующей зондовой микроскопии (СЗМ) для изучения трибологических свойств наноструктурированных поверхностей были получены значимые данные, которые позволяют сделать выводы о механизмах снижения трения в наноструктурированных поверхностях и определить оптимальные условия для их использования. Измерения топографии поверхности, выполненные с помощью атомно-силового микроскопа (АСМ), показали, что наноструктурированные поверхности имеют равномерное распределение наноматериалов и стабильную морфологию, что обеспечивает однородность трибологических свойств по всей поверхности. В ходе экспериментов по измерению коэффициента трения было установлено, что наноструктурированные поверхности продемонстрировали значительное снижение коэффициента трения по сравнению с контрольными образцами. В частности, наноструктуры на основе графена и углеродных нанотрубок показали снижение коэффициента трения на 30% и 25% соответственно, по сравнению с традиционными материалами. Анализ данных о силе трения и износа показал, что наноструктурированные поверхности обеспечивают более устойчивую и надежную работу при различных нагрузках и скоростях скольжения. Особенно это проявилось в случае поверхностей, модифицированных металлическими наночастицами, где износ был снижен на 40% по сравнению с контрольными образцами.

Таблица 1.

Результаты исследования трибологических свойств наноструктурированных поверхностей:

Заключение. Основываясь на выше указанной информации, можно сделать выводы что, результаты исследования подтверждают эффективность наноструктурированных поверхностей в снижении трения и износа. Эти данные открывают новые возможности для разработки высокоэффективных и надежных материалов и покрытий, что имеет большое значение для улучшения производительности и долговечности различных технических систем. Исследование выявило оптимальные условия для минимизации трения, включая комбинации определенных наноструктур, нагрузок и типов контактных материалов. В результате было определено, что использование гибридных наноструктур (графен в сочетании с металлическими наночастицами) приводит к максимальному снижению трения и износа.

Список литературы:

1. Pasovets, V. N. Thermal properties of composite materials based on the powder systems «copper-CNTs» / V. N. Pasovets, V. A. Kovtun, M. Mihovski // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. - 2019. - Vol. 92, № 5. - P. 1267-1275.
2. Ковтун, В. А. Металлоуглеродные композиционные порошковые материалы для ответственных узлов машин и механизмов / В. А. Ковтун, В. Н. Пасовец, Ю. М. Плескачевский. - Гомель : БелГУТ, 2013. - 283 с.
3. Куйчиев О.Р. и др. Формы, методы и содержание трудового воспитания // Общество. – 2020. – №. 1. – С. 73-76.
4. Куйчиев О.Р. Сопротивление резанию корневой части арахиса при уборки. – 2023.
5. Куйчиев О.Р. Физико-механические характеристики арахиса // Universum: технические науки. – 2022. – №. 2-2 (95). – С. 36-38.
6. Куйчиев О. Р. Твердость почвы при уборке арахиса //сборник научных трудов. – 2022. – С. 361.
7. Ли А., Куйчиев О. Орудие для формирования противофильтрационного экрана  //Молодой ученый. – 2016. – №. 7-2. – С. 59-61.
8. Куйчиев О. Р., Жуланов И. О., Ахмедов А. Т. Теоремы применяемые в строительной механике //Scientific aspects and trends in the field of scientific research. – 2024. – Т. 2. – №. 17. – С. 13-18.
9. Khudaiberdiev A., Kuychiev O. Justification of compactor parameters for cleaning and transportation of raw cotton //E3S Web of Conferences. – EDP Sciences, 2023. – Т. 365. – С. 04025.
10. Khudaiberdiev A., Kuychiev O., Nazarov O. Investigation of The Technological Process of Work and Justification of the Parameters of Raw Cotton //BIO Web of Conferences. – EDP Sciences, 2023. – Т. 78. – С. 03011.
11. Quychiyev O. R. et al. Информатика ва ахборот технологиялари йўналишида виртуал тушунча //formation of psychology and pedagogy as interdisciplinary sciences. – 2024. – Т. 2. – №. 25. – С. 225-229.
12. Raximovich K. O. et al. XXI ASR AXBOROT-KOMMUNIKATSIYA TEXNOLOGIYALARINI RIVOJLANTIRISH MUAMMOLARI //PEDAGOGICAL SCIENCES AND TEACHING METHODS. – 2024. – Т. 3. – №. 29. – С. 119-124.