PROBIC-FAPERGS
INFLUÊNCIA DA ORIENTAÇÃO CRISTALINA NO ATRITO E
EM NANOESCALA DE SI MONOCRISTALINO (100)
Pedro Henrique Bolzan, Caren Menezes, Nério Bogoni Jr, Carlos Alejandro Figueroa
Palavras-chave: Atrito em nano escala; diamante; silício monocristalino; orientação cristalográfica; coeficiente de atrito.
Introdução
O estudo do coeficiente de atrito é importante para se reduzir
perdas energéticas que podem ser geradas pela composição química
das superfícies, bem como através de seus parâmetros de rede e
suas orientações cristalográficas.
Objetivos
Para os ensaios feitos utilizando uma força de 5 mN, esperava-se
valores com uma confiabilidade menor, uma vez que a força esta
próxima do limite do equipamento, mas os valores se mostraram
próximos dos encontrados quando feitos com outras forças. Onde foi
obtido um coeficiente de atrito máximo para um ângulo de 0˚, e
diferentemente dos outros experimentos, o obteve-se um mínimo
para 45˚.
Analisar a influência da orientação cristalina no atrito em nanoescala
através do coeficiente de atrito proveniente da variação da força e
da orientação de movimento entre uma amostra de silício
monicristalino (100) e o diamente. Tendo em vista que a amostra de
silício e o diamante possuem parâmetros de rede diferentes, e não
multiplos, um do outro.
Metodologia
Durante a pesquisa feita até o momento foi possível analisar o atrito
em apenas três diferentes orientações, 0˚, 45˚ e 90˚. Cada uma delas
utilizando forças de 5 mN, 10 mN e 15 mN. Para ter uma ideia inicial
dos valores obtidos e assim posteriormente prosseguir com as
medições nos demais ângulos pré-determinados (iniciando em 0˚, e
com um passo de 15˚ realizar medições até que uma volta completa,
360˚, seja completa). Os parâmetros utilizados serão seguidos
conforme a tabela abaixo:
Velocidade de Carga
Taxa de
Comprimento
mapeamento
carregamento
Normal
(μm)
(μm/s)
(mN/s)
(mN)
Seguindo para os resultados obtidos para forças de 10 mN e 15 mN,
diferentemente dos valores encontrados anteriormente, o atrito
mínimo foi encontrado seguindo um trajeto formando 90˚ em
relação ao referencial.
Repetições
1
5
0,05
680
10
1
10
0,07
680
10
1
15
0,15
680
10
A amostra de silício monocristalino, com orientação cristalina <100>,
esta centralizada em um porta amostra de alumínio, com as devidas
marcações angulares, e acoplada ao nanotribômetro NanoTest-600
(MicroMaterials) , onde esta localizada a ponteira de diamante, que
irá exercer uma força sobre a amostra de silício.
As medições foram feitas primeiramente para que fosse analisar os
resultados, e ter em mente um possível comportamento do atrito
em relação a orientação da força, fazendo a limpeza da ponta de
diamante entre cada mudança de direção. Posteriormente foram
refeitas as medições, desta vez sem que a ponta de diamante fosse
limpa entre cada mudança de ângulo, para que fosse possível
comprovar os dados obtidos inicialmente, e assim dar continuidade
a pesquisa fazendo uso das demais angulações.
Resultados e Discussão
A partir dos resultados obtidos foram gerados gráficos relacionando
o coeficiente de atrito (COF) e os ângulos onde foram aplicada as
forças. Os gráficos foram separados conforme a força aplicada em
cada trajeto percorrido pela ponta de diamante. Para cada trajeto, os
pontos demarcados com a cor preta equivalem às primeiras
medições feitas, e os com a cor vermelha equivalem à repetição
posteriormente feita.
Para todas as medições foi considerado mais confiável utilizar os
valores obtidos na repetição dos experimentos, uma vez que não
ouve interferência externa na ponta de diamante, que ocorria
durante a limpeza feita entre cada medição.
Esta queda do coeficiente de atrito deve-se à orientação
cristalográfica do silício monocristalino, e às estruturas
comensuradas e incomensuradas de interação entre os átomos.
Referências
Dienwiebel, Martin et al. Superlubricity of Graphite. Phys. Rev.
Lett. 92, 126101 (2004)
B. N. J. Persson, E. Tosatti, D. Fuhrmann, G. Witte, and Ch. Wöll, Lowfrequency adsorbate vibrational relaxation and sliding friction, Phys.
Rev. B 59, 11777