Determination of adhesion forces with an AFM

• Applicant: Dr. Heinz Kloß
• Subject Area: Materials in Sintering Processes and Generative Manufacturing Processes
• Term: from 2004 to 2009
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5421851

Im geplanten Projekt soll an gut definierten AFM-Kontakten im UHV experimentell eine Adhäsionssystematik aufgebaut werden. Neben der Deformation ist die Adhäsion einer der Grundmechanismen der Festkörperreibung. Die Kenntnis von Adhäsionswechselwirkungen ist folglich von grundlegender Bedeutung für ein Verständnis des Phänomens Reibung. Aber nur aus einer Adhäsionssystematik, die durch systematische Messung von Adhäsionskräften an einer großen Zahl unterschiedlicher, aber gut definierter Kontakte aufgestellt werden muss, können funktionale Zusammenhänge mit anderen Material- und Kontaktparametern hergeleitet werden. Dafür bietet die Rasterkraftmikroskopie (AFM) im UHV neue und einzigartige Möglichkeiten. Wegen der Modellhaftigkeit solcher AFM-Kontakte im UHV, ohne störende Effekte durch Adsorbate, Reaktionsschichten, Kapillarwirkungen usw. haben sie eine besondere Qualität für die theoretische Modellierung und Simulationen der Reibung sowohl mit den Methoden der Kontinuumsmechanik, der Molekulardynamik oder der "beweglichen zellularen Automaten". Es fehlen im Allgmeinen Kennwerte für den Adhäsionsanteil. Für eine wissenschaftlich basierte Modellierung der Reibung, die Vorhersagbarkeit von Reibkräften sowie deren gezielte Beeinflussung in technisch trockenen Kontakten, ist die Kenntnis funktionaler Zusammenhänge zwischen den Mechanismen der Reibung und den bekannten Eigenschaften der Reibparameter die Grundlage. Die technische Bedeutung der Adhäsion für die Reibung ist z.Zt. nur in der Mikrosystemtechnik offensichtlich, wo das Versagen von Produkten häufig durch Adhäsionskräfte verursacht wird, die größer sind als die dort wirkenden kinetischen Kräfte. Durch die Messung von Kraft/Abstandskurven mit einem AFM im UHV an sauberen, gut definierten Modellkontakten unter Variation von z.B. Elementgruppe, Bindungstyp, Gittertyp, Härte, ... soll in diesem Projekt begonnen werden, eine "Adhäsionssystematik" zu erarbeiten, mit deren Hilfe die Bedeutung der Adhäsion für das Phänomen Reibung erfasst werden kann.

• DFG Programme: Research Grants