Wissenschaftler haben es endlich geschafft, die Reibung davon zu befreien, ob man etwas schnell über eine Oberfläche gleiten lässt – und das erreichten sie, indem sie Mika auf 200 °C erhitzen.
Das National Institute of Materials Science (NIMS), die U.S. Geological Survey und die Universität Tokio haben sich zu dieser Arbeit zusammengeschlossen. Sie fanden heraus, dass Mika, ein schichtförmiges Oxid, das als Schmiermittel verwendet wird, sich so verhält, wie es Ingenieure lange ersehnt haben: seine Reibung wird konstant, unabhängig davon, wie schnell zwei Oberflächen aneinander reiben.
Mika und seine Schichten
Mika ist ein natürlich vorkommendes Mineral mit Schichten dünner Platten. Diese Schichten können leicht aneinander vorbeigleiten, was es als Schmiermittel nützlich macht. Aber bis jetzt hing seine Reibung immer noch von der Geschwindigkeit dieser Schichten ab.
Das änderte sich, als die Forscher das Material auf 200 °C erhitzten.
Der Temperatur-Auslöser
Das Erhitzen von Mika auf 200 °C verändert die innere Struktur seines Kristallgitters. Defekte innerhalb des Kristalls verschwinden bei hohen Temperaturen, und diese Veränderung scheint die Reibung unabhängig von der Gleitgeschwindigkeit zu machen.
Das Ergebnis ist eine Art Reibung, die konstant bleibt, egal wie schnell sich die Oberflächen bewegen.
Was die Forscher zeigten
Das Team demonstrierte diesen Effekt durch experimentelle Tests. Sie zeigten, dass die Reibung aufhöre, sich mit der Gleitgeschwindigkeit zu ändern, sobald das Material 200 °C erreichte.
Dies ist ein Ideal, das zuvor noch nicht realisiert worden war. Geschwindigkeitsabhängige Reibung ist eine fundamentale Eigenschaft der meisten Materialien, und ihre Unabhängigkeit von der Gleitgeschwindigkeit erfordert eine drastische Veränderung des Materials selbst.
Warum das wichtig ist
Ständiges Reibungspotenzial könnte verändern, wie Maschinen funktionieren. Systeme, die eine gleichmäßige, vorhersehbare Bewegung benötigen, könnten von einem Material profitieren, dessen Reibung nicht mit der Geschwindigkeit variiert.
Die Entdeckung eröffnet zudem einen Weg für weitere Forschung. Das Verständnis dafür, warum die Defektbeseitigung konstante Reibung erzeugt, könnte zu neuen Materialien mit gesteuertem mechanischem Verhalten führen.
Die Beteiligten
Die Zusammenarbeit vereint Fachwissen aus drei unterschiedlichen Institutionen:
- Das Nationale Institut für Materialwissenschaften (NIMS)
- Die U.S. Geological Survey
- Die Universität Tokio
Was als Nächstes Geschieht
Das Team hat gezeigt, dass der Effekt existiert. Der nächste Schritt ist das Verständnis des Mechanismus dahinter.
Ein lang ersehntes Ideal
Reibung, die die Gleitgeschwindigkeit ignoriert, ist ein Ziel, das seit Jahren verfolgt wird. Nun ist es erreicht.
Die Forschung demonstriert, dass die Veränderung der inneren Struktur eines Materials Effekte erzeugen kann, die zuvor unmöglich waren.
Für Ingenieure ist die praktische Frage einfach: Kann das in eine Maschine umgesetzt werden? Die Antwort lautet, vorerst, dass die Demonstration existiert. Ob es für den industriellen Einsatz skalierbar ist, bleibt abzuwarten.
Aber die Tatsache, dass es überhaupt passiert ist, ist die Geschichte.
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