Influência da radiação no comportamento de atrito de filmes finos de dióxido de titânio: fototribologia - Perotti, Bruna Louise (My University, 2022)
In dry sliding of two surfaces, the friction force depends on the pair of materials and the contact conditions. If the material and operating conditions remain unchanged, the friction force is constant. Techniques for adjusting frictional forces are widely known, but they are all irreversible processes. Recent works analyze the influence of external electric and magnetic fields and, in particular, radiation on the tribological properties of materials. However, very few studies published so far bring the analysis of the contribution of radiation acting as a fourth body (in addition to the two bodies that are in relative motion, there is a third body that would be a lubricant or the medium) in the friction between two surfaces, making this area practically unexplored and, consequently, very attractive. In this work we report the active control of friction forces in TiO2 thin films under light illumination of specific wavelength within the ultraviolet spectrum. We conclude that this is a reversible phenomenon, stable and can be adjusted/controlled with the light wavelength. The analysis of atomic force microscopy signals by wavelet spectrograms reveals different dissipative mechanisms acting in the darkness and under UV. Ab initio simulations on UV light-exposed TiO2 show changes in electron density that may result in a lower atomic orbital overlapping on the surface, which leads to friction reduction of up to 60 %. In addition, we verified that the light intensity (that has a linear ratio with the current applied to the LED) affects the friction force reduction, that is, the greater the light intensity incident on the sample, the greater the friction reduction. [resumo fornecido pelo autor]
No deslizamento de duas superfícies, a seco, a força de atrito depende do par de materiais e das condições de contato. Se o material e as condições de operação permanecerem inalterados, a força de atrito é constante. Técnicas para ajustar as forças de atrito são amplamente conhecidas, porém todas elas são processos irreversíveis. Trabalhos recentes avaliam a influência de campos externos elétricos e magnéticos e, em particular, da radiação nas propriedades tribológicas de materiais. Entretanto, poucos estudos publicados até o momento trazem a análise da contribuição da radiação atuando como um quarto corpo (pois além dos dois corpos que estão em movimento relativo, há um terceiro corpo que seria um lubrificante ou o meio) no atrito entre duas superfícies, tornando essa área, praticamente, inexplorada e, consequentemente, muito atraente. Neste trabalho relatamos o controle ativo das forças de atrito em filmes finos de TiO2 sob luz de comprimento de onda específico dentro do espectro ultravioleta. Concluímos que este é um fenômeno reversível, estável e pode ser ajustado/controlado com o comprimento de onda da luz. A análise dos sinais de microscopia de força atômica por transformada wavelet mostra diferentes mecanismos dissipativos atuando no escuro e sob UV. Simulações Ab Initio em TiO2 exposto à luz UV mostram mudanças na densidade eletrônica que podem vir a resultar numa menor sobreposição de orbitais atômicos na superfície, o que leva a uma redução de atrito de até 60 %. Além disso, verificamos que a intensidade luminosa (a qual apresenta uma relação linear a corrente aplicada ao LED) afeta a redução de força de atrito, ou seja, quanto maior a intensidade luminosa incidindo sobre a amostra maior será a redução de atrito. [resumo fornecido pelo autor]
Keywords: Engenharia de superfícies; Atrito; Radiação; Dióxido de titânio; Tribologia; Filmes finos; Surface engineering; Friction; Radiation; Titanium dioxide; Tribology; Thin films