Novos rolamentos nano construídos por adsorção física

Scientific Reports volume 5, Número do artigo: 14539 (2015) Citar este artigo

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O artigo propõe um novo nano rolamento formado pela adsorção física do fluido confinado à parede sólida. O mancal é formado entre duas paredes planas lisas e paralelas que deslizam uma contra a outra, onde a teoria da lubrificação hidrodinâmica convencional previu nenhum efeito lubrificante. Neste mancal, a parede sólida estacionária é dividida em duas subzonas que possuem, respectivamente, diferentes forças de interação com o fluido lubrificante. Isso leva a diferentes propriedades físicas de adsorção e deslizamento do fluido lubrificante na parede sólida estacionária, respectivamente, nessas duas subzonas. Verificou-se que uma capacidade de carga significativa do rolamento pode ser gerada para espessuras de filme lubrificante baixas, por causa da forte adsorção física e efeitos não contínuos do filme lubrificante.

Em dispositivos micro/nano, as superfícies sólidas acopladas são frequentemente paralelas e deslizam umas contra as outras1. A lubrificação entre essas superfícies é desafiadora pois é muito importante para o desempenho do contato formado inclusive a redução das forças adesivas entre as duas superfícies, porém a teoria da lubrificação hidrodinâmica convencional dizia que nenhuma lubrificação pode ser gerada ali, devido ao fluxo de massa taxa do fluxo Couette do lubrificante arrastado para o contato igual ao arrastado para fora do contato e então a condição de continuidade de fluxo sempre satisfeita neste contato com gradientes de pressão de fuga2,3.

As razões para o fracasso da teoria da lubrificação hidrodinâmica convencional em prever o desempenho de um contato micro/nano lubrificado são que tal teoria considerou apenas as propriedades homogêneas da superfície de contato, negligenciou os fatores da adsorção física e o deslizamento do filme lubrificante no contato superfície e foi baseado na suposição de um lubrificante contínuo4. Quando a separação entre duas superfícies sólidas acopladas está na escala nanométrica, a teoria da lubrificação hidrodinâmica convencional certamente falhará por causa das suposições irrealistas mencionadas acima, tomadas nesta teoria. Experimentos e simulações de dinâmica molecular (MDS) mostraram que em uma separação de superfície em escala nanométrica, o fluido confinado pode escorregar severamente na superfície sólida e a força de interação fluido-contato tem uma influência muito significativa nesse deslizamento interfacial5,6,7,8 ,9,10. Além disso, em tal separação, a adsorção física do fluido confinado à superfície sólida, que aparece como o ordenamento do fluido confinado à superfície sólida, pode desempenhar um efeito importante na transferência de momento dentro do fluido11,12,13,14 ,15,16. O deslizamento interfacial do filme limite em um contato micro/nano lubrificado é o resultado da tensão de cisalhamento interfacial do filme limite excedendo a resistência ao cisalhamento interfacial do filme limite17. Abaixe a resistência ao cisalhamento interfacial de contato do filme limite, maior a velocidade de deslizamento interfacial do filme limite17. A quantidade de deslizamento relativo do filme limite (definido como γs no último) varia entre -1 e 1. Uma magnitude maior de γs indica um deslizamento interfacial mais severo e uma magnitude de γs igual à unidade mostra o deslizamento interfacial mais severo, que faz com que o filme limite nas superfícies de contato pare em movimento ou o maior aumento da velocidade de movimento do filme limite na superfície de contato. O deslizamento interfacial do filme limite pode, portanto, reduzir ou aumentar a taxa de fluxo de massa do filme lubrificante através do contato, dependendo da condição de operação e de onde ocorre o deslizamento interfacial. Pode, portanto, ser prejudicial ou benéfico para o desempenho de um contato micro/nano lubrificado. Uma adsorção forte, média ou fraca do fluido confinado à parede sólida em um nanocanal pode estar inevitavelmente presente, dependendo da força de interação entre o fluido confinado e a parede11,12,13,14,15. Mais forte a interação fluido-parede, mais forte a adsorção física do fluido à parede, mas mais fraco o deslizamento interfacial fluido, ou vice-versa11,12,13,14,15.