Project

Back to overview

Superlubricity from Macro- to Nanoscale: Bridging the gap between macro- and nanotribology

English title Superlubricity from Macro- to Nanoscale: Bridging the gap between macro- and nanotribology
Applicant Meyer Ernst
Number 170212
Funding scheme Bilateral programmes
Research institution Departement Physik Universität Basel
Institution of higher education University of Basel - BS
Main discipline Condensed Matter Physics
Start/End 01.01.2017 - 31.12.2020
Approved amount 320'000.00
Show all

All Disciplines (2)

Discipline
Condensed Matter Physics
Material Sciences

Keywords (6)

superlubricity; friction; wear; chemical vapour deposition; onion-like fullerenes; friction force microscopy

Lay Summary (German)

Lead
In den letzten Jahren wurden Fortschritte im Verständnis von Reibung und Verschleiss gemacht. So konnten Methoden auf der Nanometer-Skala entwickelt werden, welche zu einer drastischen Reduktion von Reibung führen, was als Superlubrizität bezeichnet wird. Auch auf der makroskopischen Skala gibt es erste Beispiele, die zeigen, dass Superlubrizität mit extrem kleinen Reibungskoeffizient (<0.01) existieren kann.
Lay summary

Das Ziel des Projektes ist es nano- und makroskopische Reibungsexperimente miteinander in Verbindung zu bringen. Bis anhin wurden reine Nano-Experimente mit kleinen Partikeln durchgeführt, welche unter verschiedenen Bedingungen bewegt wurden.  Auf der Makro-Skala wurden Filme mittels verschiedener Methoden präpariert. Ziel dieses Projektes ist es die mikroskopischen Strukturen, welche bei den aktiven tribologischen Prozessen entstehen, genauer zu untersuchen und ein fundamentales Verständnis der drastischen Reduktion von Reibung zu erhalten. Unsere Hypothese ist, dass das Vorhandensein von zwiebelartigen Fullerenen (Partikel mit mehreren molekularen Schalen) essentiell für das Auftreten von Superlubrizität auf der Makroskala ist. 

Die Zusammenarbeit zwischen den chinesischen und schweizerischen Forschungsgruppen beinhaltet viele mögliche Synergien. Wenn es gelingt Reibungsverluste  um wenige Prozent zu reduzieren, so kann dies zu einer grossen Reduktion von Energieverlusten führen, weil dies für praktisch alle Maschinenelemente von Relevanz ist.

Direct link to Lay Summary Last update: 04.11.2016

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Publications

Publication
Controlled switching of a single CuPc molecule on Cu(111) at low temperature
Fremy-Koch Sweetlana, Sadeghi Ali, Pawlak Rémy, Kawai Shigeki, Baratoff Alexis, Goedecker Stefan, Meyer Ernst, Glatzel Thilo (2019), Controlled switching of a single CuPc molecule on Cu(111) at low temperature, in Physical Review B, 100(15), 155427-155427.
Atomic Friction: Anisotropy and Asymmetry Effects
Fessler Gregor, Sadeghi Ali, Glatzel Thilo, Goedecker Stefan, Meyer Ernst (2019), Atomic Friction: Anisotropy and Asymmetry Effects, in Tribology Letters, 67(2), 59-59.
Altering the Properties of Graphene on Cu(111) by Intercalation of Potassium Bromide
Schulzendorf Mathias, Hinaut Antoine, Kisiel Marcin, Jöhr Res, Pawlak Rémy, Restuccia Paolo, Meyer Ernst, Righi Maria Clelia, Glatzel Thilo (2019), Altering the Properties of Graphene on Cu(111) by Intercalation of Potassium Bromide, in ACS Nano, 13(5), 5485-5492.
Mechanical dissipation from charge and spin transitions in oxygen-deficient SrTiO3 surfaces
Kisiel Marcin, Brovko Oleg O., Yildiz Dilek, Pawlak Rémy, Gysin Urs, Tosatti Erio, Meyer Ernst (2018), Mechanical dissipation from charge and spin transitions in oxygen-deficient SrTiO3 surfaces, in Nature Communications, 9(1), 2946-2946.
Structural superlubricity and ultralow friction across the length scales
Hod Oded, Meyer Ernst, Zheng Quanshui, Urbakh Michael (2018), Structural superlubricity and ultralow friction across the length scales, in Nature, 563(7732), 485-492.
Transoid-to-Cisoid Conformation Changes of Single Molecules on Surfaces Triggered by Metal Coordination
Freund Sara, Pawlak Rémy, Moser Lucas, Hinaut Antoine, Steiner Roland, Marinakis Nathalie, Constable Edwin C., Meyer Ernst, Housecroft Catherine E., Glatzel Thilo (2018), Transoid-to-Cisoid Conformation Changes of Single Molecules on Surfaces Triggered by Metal Coordination, in ACS Omega, 3(10), 12851-12856.
Diacetylene Linked Anthracene Oligomers Synthesized by One-Shot Homocoupling of Trimethylsilyl on Cu(111)
Kawai Shigeki, Krejčí Ondrěj, Foster Adam S., Pawlak Rémy, Xu Feng, Peng Lifen, Orita Akihiro, Meyer Ernst (2018), Diacetylene Linked Anthracene Oligomers Synthesized by One-Shot Homocoupling of Trimethylsilyl on Cu(111), in ACS Nano, 12(8), 8791-8797.
Recent highlights in nanoscale and mesoscale friction
Vanossi Andrea, Dietzel Dirk, Schirmeisen Andre, Meyer Ernst, Pawlak Rémy, Glatzel Thilo, Kisiel Marcin, Kawai Shigeki, Manini Nicola (2018), Recent highlights in nanoscale and mesoscale friction, in Beilstein Journal of Nanotechnology, 9, 1995-2014.
Multiple heteroatom substitution to graphene nanoribbon
Kawai Shigeki, Nakatsuka Soichiro, Hatakeyama Takuji, Pawlak Rémy, Meier Tobias, Tracey John, Meyer Ernst, Foster Adam S. (2018), Multiple heteroatom substitution to graphene nanoribbon, in Science Advances, 4(4), eaar7181-eaar7181.
Electrospray deposition of structurally complex molecules revealed by atomic force microscopy
Hinaut Antoine, Meier Tobias, Pawlak Rémy, Feund Sara, Jöhr Res, Kawai Shigeki, Glatzel Thilo, Decurtins Silvio, Müllen Klaus, Narita Akimitsu, Liu Shi-Xia, Meyer Ernst (2018), Electrospray deposition of structurally complex molecules revealed by atomic force microscopy, in Nanoscale, 10(3), 1337-1344.
Stick–Slip Motion of ssDNA over Graphene
Vilhena J. G., Gnecco Enrico, Pawlak Rémy, Moreno-Herrero Fernando, Meyer Ernst, Pérez Rubén (2017), Stick–Slip Motion of ssDNA over Graphene, in The Journal of Physical Chemistry B, 122(2), 840-846.
Design and characterization of an electrically powered single molecule on gold
R. Pawlak T. Meier N. Renaud M. Kisiel A. Hinaut T. Glatzel D. Sordes C. Durand W.-H. Soe (2017), Design and characterization of an electrically powered single molecule on gold, in ACS Nano, 11, 9930.
Fast and Curious
R. Pawlak T. Meier (2017), Fast and Curious, in Nat. Nanotechnol. , 12, 712.

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
188445 Neue Einsichten in die Sonden-Proben-Wechselwirkung bei den Rastersondenmethoden 01.10.2019 Project funding (Div. I-III)
175501 Neue Einsichten in die Sonden-Proben-Wechselwirkung bei den Rastersondenmethoden 01.10.2017 Project funding (Div. I-III)

Abstract

Nanoscale investigations of friction have demonstrated that superlubricity is possible. The aim is to explore how these nano-scale concepts can be transferred to the macroscale. The main focus will be on onion-like fullerene structures, which are formed by tribomechanical processes of hydrogenated carbon films. We will determine the macroscopic friction coefficients and characterize the samples with surface sensitive techniques as well as high resolution transmission electron microscopy. In order to achieve a fundamental understanding of the microscopic mechanisms of onion-like fullerene films, we will transfer individual onion-like fullerenes and explore rotational/translational degrees of freedom on the microscopic scale and test the suitability for superlubric conditions.
-