Nonmonotonic Friction due to Water Capillary Adhesion and Hydrogen Bonding at Multiasperity Interfaces

粘附 材料科学 毛细管作用 相对湿度 表面光洁度 吸附 氢键 复合材料 湿度 化学物理 热力学 分子 物理化学 化学 物理 有机化学
作者
Liang Peng,Feng‐Chun Hsia,Sander Woutersen,Mischa Bonn,Bart Weber,Daniel Bonn
出处
期刊:Physical Review Letters [American Physical Society]
卷期号:129 (25) 被引量:8
标识
DOI:10.1103/physrevlett.129.256101
摘要

Capillary adhesion due to water adsorption from the air can contribute to friction, especially for smooth interfaces in humid environments. We show that for multiasperity (naturally oxidized) Si-on-Si interfaces, the friction coefficient goes through a maximum as a function of relative humidity. An adhesion model based on the boundary element method that takes the roughness of the interfaces into account reproduces this nonmonotonic behavior very well. Remarkably, we find the dry friction to be significantly lower than the lubricated friction with macroscopic amounts of water present. The difference is attributed to the hydrogen-bonding network across the interface. Accordingly, the lubricated friction increases significantly if the water is replaced by heavy water (D_{2}O) with stronger hydrogen bonding.
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