Molecular probes reveal deviations from Amontons’ law in multi-asperity frictional contacts

粗糙度(岩土工程) 接触面积 摩擦学 接触力学 材料科学 机械 接触力 硬化(计算) 摩擦系数 法向力 纳米技术 复合材料 经典力学 物理 热力学 有限元法 图层(电子)
作者
Bart Weber,Tomislav Suhina,Till Junge,Lars Pastewka,Albert M. Brouwer,Daniel Bonn
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:9 (1): 888-888 被引量:136
标识
DOI:10.1038/s41467-018-02981-y
摘要

Amontons' law defines the friction coefficient as the ratio between friction force and normal force, and assumes that both these forces depend linearly on the real contact area between the two sliding surfaces. However, experimental testing of frictional contact models has proven difficult, because few in situ experiments are able to resolve this real contact area. Here, we present a contact detection method with molecular-level sensitivity. We find that while the friction force is proportional to the real contact area, the real contact area does not increase linearly with normal force. Contact simulations show that this is due to both elastic interactions between asperities on the surface and contact plasticity of the asperities. We reproduce the contact area and fine details of the measured contact geometry by including plastic hardening into the simulations. These new insights will pave the way for a quantitative microscopic understanding of contact mechanics and tribology.

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