Znajdź zawartość

Być może już wkrótce rozcieńczone gazy staną się substancją poślizgową stosowaną z wyboru w systemach mikroelektromechanicznych (MEMS, ang. microelectromechanical systems). W ten sposób udałoby się pokonać problemy związane z wykorzystaniem ruchomych elementów, np. turbin, wahadeł czy mechanizmów obracających się wokół trzpieni. Pewne rodzaje MEMS stosowano do tej pory w drukarkach atramentowych, jako przyspieszeniomierze uruchamiające otwarcie poduszek powietrznych w samochodzie oraz regulatory jasności w telewizorach i projektorach HD. Jeśli jednak w układzie występowały części ruchome, cienka warstwa smaru szybko się ścierała i całość przestawała działać zaledwie w ciągu paru minut. Naukowcy z Uniwersytetu Stanowego Pennsylvanii, którzy współpracowali z Michaelem Duggerem z Sandia National Laboratories w Albuquerque, zaproponowali ciekawe rozwiązanie. Gdy do miniaturowego urządzenia wprowadzi się argon z minimalną domieszką oparów alkoholu, MEMS może działać bez zarzutu do 100 tys. razy dłużej. Powierzchnie krzemowe łatwo do siebie przywierają z powodu działania zjawisk kapilarnych czy wiązań chemicznych. Aby temu zapobiec, inżynierowie stosują sprej z halogenosilanu, w którego skład wchodzi jeden atom halogenu (jodu, bromu, chloru lub fluoru). Jeśli tylko elementy MEMS się ze sobą zetkną, ochronna warstwa się ściera i znowu zaczynają one do siebie przylegać. Teoretycznie urządzenia takie mogłyby mieć ruchome części, gdyby były na stałe umieszczone w smarze. Ciekły lubrykant się do tego nie nadaje, ponieważ elementy są bardzo małe (wymiary mikrometrowe) i substancje oleiste stawiałyby zbyt duży opór. Seong Kim z Uniwersytetu Stanowego Pennsylvanii porównał to pływania w basenie wypełnionym miodem. Stwierdził za to, że do tego celu może się nadać gaz. By to zbadać, ekipa rozpyliła wokół urządzenia ze ślizgającymi się po sobie elementami opary pentan-1-olu (alkoholu pentylowego). Okazało się, że problem ścierania został całkowicie wyeliminowany. MEMS działał dłużej, a opór wydatnie się zmniejszył. Nie wiadomo, w jaki sposób gaz zapewnia poślizg. Podobnie jak substancje stałe, najprawdopodobniej przywiera on i tworzy na powierzchni krzemu warstwę o grubości zaledwie jednej cząsteczki. Cząsteczki ze znajdującego się wokół gazu zastępują te, które zostają wypchnięte ze swojego miejsca w wyniku tarcia. Czas potrzebny na taką zamianę miejsc to jedynie 100 nanosekund. Ruch ślizgowy wydłuża w jakiś sposób cząsteczki pentanolu, a dłuższe cząsteczki zwiększają z kolei poślizg.