openPR Recherche & Suche
Presseinformation

Diamond friction: simulation reveals previously unknown friction mechanisms at the molecular level

01.09.201713:00 UhrWissenschaft, Forschung, Bildung
Bild: Diamond friction: simulation reveals previously unknown friction mechanisms at the molecular level
Passivation of water-lubricated diamond surfaces by aromatic Pandey surface reconstruction (orange) (Image: © Fraunhofer Institute for Mechanics of Materials IWM)
Passivation of water-lubricated diamond surfaces by aromatic Pandey surface reconstruction (orange) (Image: © Fraunhofer Institute for Mechanics of Materials IWM)

(openPR) Diamond coatings help reduce friction and wear on tools, bearings, and seals. Lubricating diamond with water considerably lowers friction. The reasons for this are not yet fully understood. The Fraunhofer Institute for Material Mechanics IWM in Freiburg and the Physics Institute at the University of Freiburg have discovered a new explanation for the friction behavior of diamond surfaces under the influence of water. One major finding: in addition to the known role played by passivation of the surfaces via water-splitting, an aromatic passivation via Pandey reconstruction can occur. The results have been published in the journal Physical Review Letters.



---
Diamond coatings are commonly used today to protect tools and machine components that are subjected to high wear, and thus to extend their service life. It is known that rubbing two dry diamond surfaces together creates enormous friction due to the bonding of reactive carbon atoms on each surface with the corresponding atoms on the opposite surface. If atmospheric moisture is added, the water molecules split and hydrogen and hydroxyl groups bond with the reactive carbon. The surface is saturated and the friction coefficient drops sharply. However, continued rubbing can produce new reactive carbon atoms, which again bind with the opposite surface. It is thus important to achieve swift repassivation. “To make progress on this point, we wanted to understand more precisely how the friction depends on the amount of water,” says Prof. Dr. Moseler, Head of the Multiscale Modeling and Tribo-Simulation Group at Fraunhofer IWM. He and his colleagues Dr. Takuya Kuwahara and Dr. Gianpietro Moras therefore carried out large-scale quantum molecular dynamics calculations with water-lubricated diamond surfaces. To be able to identify precisely the friction mechanisms, different quantities of water molecules were added.

Simulation shows four different friction mechanisms

The simulation yielded surprising results. The first trial, with very few water molecules, confirmed the presence of covalent bonds between the dry friction partners, also called cold welding, which result in high levels of friction. This also causes the amorphization of carbon, i.e., the breakdown of the crystalline structure at the surface. Another simulation using slightly more water resulted in a different situation. In this case, the two rubbing surfaces bonded via ether groups. This form of cold welding also results in high friction, but no amorphization occurs. Simulations with sufficient quantities of water confirmed the known saturation of the surfaces with hydrogen and hydroxyl groups. However, in their simulation the researchers were able to identify yet another completely unknown friction case. "With the addition of few water molecules, an aromatization of the structure of one of the rubbing surfaces in the form of a Pandey reconstruction was observed,” explains Gianpietro Moras. “That means that the diamond surface passivates itself through an annular arrangement of the carbon atoms.” In this case, the other surface becomes saturated with hydrogen and hydroxyl groups. As a result, a very small coefficient of friction develops.

The results can be transferred to other materials

The Pandey reconstruction can be viewed as a step towards a complete reconstruction of the surfaces. “In further simulations we were able to see that the ring structure can develop into graphene domes, which further reduce friction,” says Moseler. Future experiments will investigate how the aromatization can be selectively forced, for example by doping the diamond surface. “Although most of our results can be transferred to other water-splitting materials, it is important to note that aromatic passivation is a specialty of carbon,” adds Moras. The researchers therefore assume that aromatic restructuring is also possible with amorphous carbon surfaces.

Kuwahara, T.; Moras, G.; Moseler, M.: Friction regimes of water-lubricated diamond (111): Role of interfacial ether groups and tribo-induced aromatic surface reconstructions, Physical Review Letters 119 (2017) 096101, doi: 10.1103/PhysRevLett.119.096101

Weitere Informationen:
- http://www.iwm.fraunhofer.de/en/press/press-releases/01_09_17_diamondfrictionunknownmechanisms.html - link to press release
- https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.119.096101 - link to publication in Physical Review Letters

Quelle: idw

Diese Pressemeldung wurde auf openPR veröffentlicht.

Verantwortlich für diese Pressemeldung:

News-ID: 966469
 152

Kostenlose Online PR für alle

Jetzt Ihren Pressetext mit einem Klick auf openPR veröffentlichen

Jetzt gratis starten

Pressebericht „Diamond friction: simulation reveals previously unknown friction mechanisms at the molecular level“ bearbeiten oder mit dem "Super-PR-Sparpaket" stark hervorheben, zielgerichtet an Journalisten & Top50 Online-Portale verbreiten:

PM löschen PM ändern
Disclaimer: Für den obigen Pressetext inkl. etwaiger Bilder/ Videos ist ausschließlich der im Text angegebene Kontakt verantwortlich. Der Webseitenanbieter distanziert sich ausdrücklich von den Inhalten Dritter und macht sich diese nicht zu eigen. Wenn Sie die obigen Informationen redaktionell nutzen möchten, so wenden Sie sich bitte an den obigen Pressekontakt. Bei einer Veröffentlichung bitten wir um ein Belegexemplar oder Quellenennung der URL.

Pressemitteilungen KOSTENLOS veröffentlichen und verbreiten mit openPR

Stellen Sie Ihre Medienmitteilung jetzt hier ein!

Jetzt gratis starten

Weitere Mitteilungen von Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM

Bild: Korr: Diamantreibung: Simulation zeigt auf molekularer Ebene bislang unbekannte ReibungsmechanismenBild: Korr: Diamantreibung: Simulation zeigt auf molekularer Ebene bislang unbekannte Reibungsmechanismen
Korr: Diamantreibung: Simulation zeigt auf molekularer Ebene bislang unbekannte Reibungsmechanismen
Auf Schneidwerkzeugen, Lagern und Dichtungen helfen Diamantbeschichtungen, Reibung und Verschleiß zu reduzieren. Wasser vermindert die Reibung dabei erheblich. Die Gründe dafür sind bislang nicht vollständig verstanden. Das Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM und das Institut für Physik der Universität in Freiburg liefern mit einer Simulation neue Erklärungen für das Reibungsverhalten von Diamantoberflächen unter Wasserzugabe: Nicht nur die bekannte Passivierung der Oberflächen mittels Wasserspaltung spielt eine Rolle, es tritt auch…
Bild: Diamantreibung: Simulation zeigt auf molekularer Ebene bislang unbekannte ReibungsmechanismenBild: Diamantreibung: Simulation zeigt auf molekularer Ebene bislang unbekannte Reibungsmechanismen
Diamantreibung: Simulation zeigt auf molekularer Ebene bislang unbekannte Reibungsmechanismen
An Schneidwerkzeugen, Lagern und Dichtungen helfen Diamantbeschichtungen, Reibung und Verschleiß zu reduzieren. Wasser vermindert die Reibung dabei erheblich. Die Gründe dafür sind bislang nicht vollständig verstanden. Das Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM und das Institut für Physik der Universität in Freiburg liefern mit einer Simulation neue Erklärungen für das Reibungsverhalten von Diamantoberflächen unter Wasserzugabe. Bedeutende Erkenntnis: Nicht nur die bekannte Passivierung der Oberflächen mit Wasser spielt eine Rolle, es …

Das könnte Sie auch interessieren:

Bild: Ryan Vegas: Die deutsche Stimme von Neil Diamond mit neuer HomepageBild: Ryan Vegas: Die deutsche Stimme von Neil Diamond mit neuer Homepage
Ryan Vegas: Die deutsche Stimme von Neil Diamond mit neuer Homepage
Aufgrund der großen Beliebtheit und Nachfrage des Neil Diamond-Coversängers Ryan Vegas wurde die Website überarbeitet und ist nun um zahlreiche Links und Infos sowie die langersehnten Live-Ausschnitte aus seinen Live-Auftritten reicher. Fans können hier jetzt in Fotos stöbern, mehr über „ihren“ Neil-Ryan Vegas erfahren und sich die schönsten Momente …
Bild: Zusammenarbeit im Nahen Osten und in IndienBild: Zusammenarbeit im Nahen Osten und in Indien
Zusammenarbeit im Nahen Osten und in Indien
„diamond walraven“ kennzeichnet Produkte einer neuen Kooperation zwischen Walraven und Diamond Pipe Supports Mit Beginn des neuen Jahres verstärkt die weltweit tätige Walraven Group ihr Engagement im Nahen Osten und in Indien. In Kooperation mit dem 2002 im indischen Mumbai gegründeten Anbieter von Produkten in den Bereichen Sanitär, Klima- und Sprinklertechnik …
Bild: Ryan Vegas: A Tribute to Neil DiamondBild: Ryan Vegas: A Tribute to Neil Diamond
Ryan Vegas: A Tribute to Neil Diamond
Vom 21.11. – 20.12.2008 wird er wieder beim Weihnachtszauber von Giganten Live zu sehen und vor allem zu hören sein: Ryan Vegas, die deutsche Stimme von Neil Diamond. Eingefleischte Diamond Fans und wahre Kenner konnten sich bereits beim Giganten Live-Weihnachtszauber 2007 in Berlin überzeugen: die Stimmen von Ryan Vegas und Neil Diamond sind kaum zu …
Bild: Erleben Sie den Trend des Diamond Paintings!Bild: Erleben Sie den Trend des Diamond Paintings!
Erleben Sie den Trend des Diamond Paintings!
In den letzten Jahren hat sich das Diamond Painting zu einem beliebten Freizeitbeschäftigungstrend entwickelt. Diamond Painting ist eine Kunstform, die aus Asien stammt und eine Kombination aus Malen Das Diamond Painting ist eine Kunstform, die immer mehr Menschen auf der ganzen Welt begeistert. Es ist eine Aktivität, die jedem, unabhängig von …
Bild: Ade Mod Podge und Co: Picmondoo.de bringt weltweit erstes Produkt zur Versiegelung von Diamond PaintingsBild: Ade Mod Podge und Co: Picmondoo.de bringt weltweit erstes Produkt zur Versiegelung von Diamond Paintings
Ade Mod Podge und Co: Picmondoo.de bringt weltweit erstes Produkt zur Versiegelung von Diamond Paintings
Augsburg, 09.09.2020 – Picmondoo.de, einer der führenden Anbieter von Diamond Painting Sets und Zubehör, bringt als weltweit erster Onlineshop ein spezielles Produkt zur Versiegelung von Diamond Painting Kunstwerken. Dieses wird ganz einfach nach der Fertigstellung des Bildes aufgetragen und sorgt so für dauerhaften Glanz und Haltbarkeit. Das Produkt …
Bild: THORMASAFE legt die Messlatte für Handsicherheit am Arbeitsplatz höherBild: THORMASAFE legt die Messlatte für Handsicherheit am Arbeitsplatz höher
THORMASAFE legt die Messlatte für Handsicherheit am Arbeitsplatz höher
… von ERIKS zertifizierte Marke und ein aufstrebender Marktführer bei Sicherheit, Werkzeugen und Wartung, freut sich, mitteilen zu können, dass die Diamond Cut-Handschuhserie mit patentierter Dyneema® Diamond-Technologie dem wachsenden Sortiment innovativer Sicherheitsprodukte hinzugefügt wurde. Die neue vielseitige Serie von Diamond Cut-Handschuhen überwindet …
Bild: Songs von und für Neil: am 3. Juni ist „Diamond Day“!Bild: Songs von und für Neil: am 3. Juni ist „Diamond Day“!
Songs von und für Neil: am 3. Juni ist „Diamond Day“!
Düsseldorf, 30.05.2018 – Der dritte Juni ist Fans der Songwriterlegende Neil Diamond (77) wohlbekannt, schließlich beginnt sein 70er-Hit „Desirée“ mit „…es war am 3. Juni“. Nicht nur dieses Lied aus der diamondschen Feder ist inzwischen zum Klassiker avanciert. Der „Diamond Day“ am 3.6., an dem möglichst viele Radiosender aus Neils Repertoire spielen …
Bild: BOLS präsentiert teuersten Cocktail-Shaker der WeltBild: BOLS präsentiert teuersten Cocktail-Shaker der Welt
BOLS präsentiert teuersten Cocktail-Shaker der Welt
Vom 29. bis 30.September wird der BOLS Diamond Cocktail Shaker auf dem Bar Convent Berlin 2008 vorgestellt Wiesbaden, 18. September 2008 – Der BOLS Diamond Shaker begeistert nicht nur die internationale Barkeeper-Szene, sondern ist ein 'Must-Have' für jeden Liebhaber exquisiter Cocktails: Vom 29. bis 30 September wird das weltweit einzige Exemplar des …
Bild: HTC läutet mit dem HTC Touch Diamond ein neues Zeitalter für Mobiltelefone einBild: HTC läutet mit dem HTC Touch Diamond ein neues Zeitalter für Mobiltelefone ein
HTC läutet mit dem HTC Touch Diamond ein neues Zeitalter für Mobiltelefone ein
~ Kompromisse müssen draußen bleiben - das Debut des HTC Touch Diamond markiert einen Durchbruch in Bezug auf Format, Style, Konnektivität und Benutzerführung ~ München, 6. Mai 2007 – Der Name ist Programm und Verpflichtung zugleich – mit dem HTC Touch Diamond hat die HTC Corp. (TAIEX: 2498), einer der weltweiten Innovationsführer und Design-Vorreiter …
Bild: Rollator Diamond Deluxe überzeugt in ÖKO-TEST-Prüfung mit Gesamtnote "gut"Bild: Rollator Diamond Deluxe überzeugt in ÖKO-TEST-Prüfung mit Gesamtnote "gut"
Rollator Diamond Deluxe überzeugt in ÖKO-TEST-Prüfung mit Gesamtnote "gut"
29.08.2011 - Das Magazin ÖKO-TEST prüfte zehn Rollatoren unterschiedlicher Hersteller in einem umfangreichen Belastungstest, darunter auch den Rollator Diamond Deluxe von Drive Medical. Mit dem Gesamturteil "gut" gehört der Rollator zu den Gewinnern des anerkannten Test-Magazins. In die Gesamtnote flossen Kriterien wie die Stabilität, Sicherheit und …
Sie lesen gerade: Diamond friction: simulation reveals previously unknown friction mechanisms at the molecular level