Nanotribologie
Der Programmbereich Nanotribologie befasst sich mit den nanomechanischen Eigenschaften von Materialien. Insbesondere streben wir an, durch Experimente die mikroskopischen Mechanismen von Reibung und Verschleiß zu verstehen und für neue Materialien zu nutzen. Im Zentrum unserer Methoden steht die hochauflösende Kraftmikroskopie, in der eine sehr feine Spitze über die Materialoberfläche geführt wird. Das Mikroskop ist empfindlich genug, um dabei die Reibungskraft zu messen, die zu jedem Bruch einer einzelnen molekularen Bindung aufgebracht wird. Wir entwickeln aber auch neue experimentelle Methoden, um zum Verständnis der komplexen Welt der Reibung beizutragen. Die untersuchten Materialien umfassen Metalle und metallische Gläser, mikrostrukturierte und faserverstärkte Polymere, makromolekulare Oberflächenfunktionalisierungen, und neuartige Schmierstoffe. In allen Projekten des Programmbereichs arbeiten Doktorandinnen und Doktoranden sowie Studierende der Fachrichtung Experimentalphysik der Universität des Saarlands mit.
Kontakt
Nanoskalige Reibungsvorgänge auf metallischen Oberflächen hängen kritisch von der atomaren Struktur der Oberfläche und von Adsorbaten ab. Wir untersuchen die Reibung auf atomar flachen und sauberen Oberflächen von Gold, Platin, und Kupfer sowie von metallischen Gläsern im Ultrahochvakuum. Neben der grundsätzlichen Frage, wie Struktur und Selbstdiffusion die Reibung beeinflussen, erforschen wir auch die mikroskopischen Mechanismen der Reibung auf ultradünnen Oxid- und Graphenfilmen.
Flüssige Schmiermittel haben keine langreichweitige Ordnung. Wenn sie jedoch in einem nanometerbreiten Spalt gefangen sind, bildet sich aufgrund von Dichtekorrelationen eine molekulare Ordnung aus, die man als Kraftoszillation mit dem Kraftmikroskop untersuchen kann. Die Ordnung wirkt sich auch auf die Scherviskosität aus, die wir mittels einer neu entwickelten dynamischen Scherkraftmikroskopie bestimmen. Für ionische Flüssigkeiten wird der Einfluss eines elektrochemischen Potentials auf diese Phänomene untersucht.
Die reversiblen Bindungen von makromolekularen Gast-Wirt-Bindungen sollen zur Kontrolle von Reibung und Adhäsion eingesetzt werden. Wir untersuchen, wie sich Oberflächen mit diesen molekularen Systemen funktionalisieren lassen, wie sich die Kooperativität vieler Bindungen auf Reibung und Adhäsion auswirken und wie sich die Effekte durch externe Reize wie Licht oder Potential kontrollieren lassen. Die Arbeiten werden auch auf biologisch inspirierte Hydrogele angewandt.
Die Wahrnehmung von Materialien in Kontakt mit der Haut ist Gegenstand der Forschung zur Haptik. Wir tragen zu diesem aufstrebenden Forschungsgebiet durch Reibungsmessungen zwischen der Fingerspitze und verschiedenen Materialien bei, die wir mit gleichzeitig aufgenommenen EEG-Signalen korrelieren. Wir suchen dabei nach charakteristischen Wellen in der Gehirntätigkeit, die auf bestimmte Reibungsreize folgen könnten.
Die Verknüpfung von biologischen Objekten mit elektronischen Geräten erfordert weiche elektrische Kontakte. Wir entwickeln und fabrizieren mikrostrukturierte adhäsive Kontaktelemente aus elektrisch leitfähigen Materialien. Eine genaue Charakterisierung dieser Elemente zeigt die Verbindung von adhäsiven und elektrischen Eigenschaften auf. Außerdem erforschen wir Anwendungen der Elemente als elektrisch schaltbare mechanische Kontakte.