Grafik Schmierstoffe Hoth Uni Saarland

Die Abbildung zeigt ein typisches Ergebnis einer Kraftmessung an der ionischen Flüssigkeit. Während sich die Messspitze der Oberfläche nähert (abnehmende Distanz), spürt sie einen Widerstand der zusammengedrängten Flüssigkeit (zunehmende Kraft). Dabei springt die Messspitze von einer molekularen Lage zur nächsten, immer deutlicher je näher sie der Oberfläche kommt. Abbildung: Bennewitz/INM

Wie die Universität des Saarlandes und das Leibniz-Institut für Neue Materialien mitteilen, haben Saarbrücker Physiker ein neues Verfahren entwickelt, mit dem Kräfte in Schmierstoffen auf molekularer Ebene gemessen werden können. Im Gegensatz zu Ölen oder Graphit stellen so genannte ionische Flüssigkeiten eine relativ neue Form von Schmierstoffen dar. Bei ihnen handelt es sich um geschmolzene Salze, wie die Physikerin Judith Hoth erläutert. Im Gegensatz zum Kochsalz liege dieses Salz in flüssiger Form vor. Es halte hohen Druck und hohe Temperaturen aus und verdampfe nicht im Vakuum. „Kommen ionische Flüssigkeiten mit einer elektrisch geladenen Oberfläche in Kontakt, bilden sie Schichten aus“, erklärt die Physikerin weiter. „Die Anzahl der Schichten hängt dabei davon ab, wie stark die Bindung zur Oberfläche ist.“

Wie nun die Reibungskräfte auf diese Schichten wirken, haben die Physiker der Universität des Saarlandes und des Leibniz-Instituts für Neue Materialien in einer Studie mit einem neuen Verfahren am Rasterkraftmikroskop untersucht. Bislang kam ein solches Mikroskop zum Einsatz, um Reibung zum Beispiel zwischen zwei Oberflächen im Schmierstoff zu messen und nicht die Reibung im Schmiermittel selbst. „Mit unserer Methode haben wir die Schichtstruktur stärker gesehen, als dies bislang möglich war“, erklärt Hoth. So konnten die Forscher um Judith Hoth und Professor Roland Bennewitz zum Beispiel zeigen, dass die ionische Flüssigkeit in ihrem Versuch zwölf Schichten gebildet hat – eine Anzahl, die bislang noch nicht beobachtet werden konnte. Das experimentelle Ergebnis konnte mittels einer Theorie des Saarbrücker Materialwissenschaftlers Martin Müser im Detail beschrieben werden. Darüber hinaus haben die Physiker herausgefunden, dass die Reibungskraft in der Schicht, die am nächsten zur Goldoberfläche ist, mit Abstand am größten ist. Mehrere Schichten der ionischen Flüssigkeit entwickelten dagegen ihre volle Schmierwirkung. Für die Industrie könnten die Ergebnisse der Studie von Bedeutung sein: „Man könnte die Reibungskräfte bei einem solchen Schmiermittel künftig gezielt steuern, indem man je nach Bedarf die Anzahl der Schichten ändert“, so die Wissanschaftlerin.

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