ความแรงของแรงเสียดทานถูกกำหนดโดยตัวเลขที่เรียกว่า สล็อตเว็บตรง แตกง่าย สัมประสิทธิ์การเสียดสีซึ่งอธิบายว่าต้องใช้แรงมากเท่าใดในการเคลื่อนย้ายวัตถุที่สัมพันธ์กับน้ำหนักของวัสดุแต่ละคู่ ( SN: 7/16/11, p. 14 ) ค่าสัมประสิทธิ์ความเสียดทาน 0 หมายถึงการแล่นเรืออย่างราบรื่นหรือไม่มีการเสียดสีเลย รองเท้าสเก็ตเหล็กที่ไถลบนน้ำแข็งสามารถมีค่าสัมประสิทธิ์ 0.01 ในขณะที่เหล็กบนเหล็กมีค่ามากกว่า 10 เท่าหรือประมาณ 0.6 ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับเงื่อนไข เปลือกกล้วยมีชื่อเสียงเรื่องความลื่นพอสมควร : บนพื้นเสื่อน้ำมัน ผิวเนียนจะมีค่าสัมประสิทธิ์การเสียดสีประมาณ 0.07 ( SN Online: 9/19/14 ) ยางบนถนนแห้งสามารถมีค่าสัมประสิทธิ์มากถึง 1 ค่าที่ลดลงเหลือประมาณ 0.6 เมื่อถนนเปียก( SN: 11/13/04, หน้า 308 ).
นักวิทยาศาสตร์กำลังใช้ประโยชน์จาก superlubricity
ซึ่งทำให้วัสดุมีความลื่นมากกว่าเปลือกน้ำแข็งและกล้วย คู่วัสดุที่มีค่าสัมประสิทธิ์ต่ำกว่า 0.01 ถือเป็นสารหล่อลื่นพิเศษ วิธีหนึ่งในการบรรลุ superlubricity ต้องอาศัยการเลือกโครงสร้างและการวางแนวของวัสดุที่ถูอย่างระมัดระวัง จุดมุ่งหมายคือการลดแรงเสียดทานของประเภทที่เรียกว่าการเคลื่อนที่แบบ stick-slip ลงอย่างมาก ซึ่งพื้นผิวการเลื่อนจะสลับไปมาระหว่างสถานะเคลื่อนที่และสถานะติดขัด นักฟิสิกส์ Oded Hod จากมหาวิทยาลัยเทลอาวีฟกล่าวว่าแรงเสียดทานประเภทนี้เป็นเรื่องปกติ – นั่นคือสิ่งที่ทำให้เกิดเสียงเอี๊ยดที่น่าขนลุก
หากคุณย่อขนาดให้เล็กลงจนเหลือขนาดอะตอมได้ คุณจะเห็นว่าพื้นผิวของแผ่นวัสดุที่เป็นผลึกเรียบๆ คือชุดของเนินเขาและหุบเขาในรูปแบบปกติ ซึ่งเป็นโครงสร้างของอะตอมที่จัดเรียงเป็นตาราง เมื่อพื้นผิวเลื่อนเข้าหากัน อะตอมในชั้นหนึ่งไม่ต้องการให้อิเล็กตรอนทับซ้อนกับอิเล็กตรอนในชั้นอื่น “อิเล็กตรอนพูดว่า ‘เฮ้ อยู่ให้ห่างจากอาณาเขตของฉัน'” นักฟิสิกส์เรื่องย่อทางทฤษฎี Erio Tosatti จากโรงเรียนนานาชาติเพื่อการศึกษาขั้นสูงหรือ SISSA ในเมือง Trieste ประเทศอิตาลีกล่าว นั่นหมายความว่าวัสดุสามารถล็อคเข้าที่ชั่วคราวได้ เมื่ออะตอมถูกจัดเรียงตามที่ต้องการ พวกมันจะไม่ต้องการย้ายจากตำแหน่งที่สะดวกสบาย ข้อพิพาทนี้นำไปสู่การเลื่อนและหยุดเป็นระยะแทนการเคลื่อนไหวที่ราบรื่น
เนินเขาและหุบเขาที่สร้างขึ้นโดยอะตอมนั้นชวนให้นึกถึงกล่องไข่ โดยมีการจุ่มแบบปกติที่ไข่แต่ละฟองวางอยู่ ลองนึกภาพการพยายามเลื่อนกล่องไข่เปล่าสองกล่องมาทับกัน เมื่อกล่องบรรจุถึงจุดที่ถ้วยและสันเรียงกันอย่างสมบูรณ์ พวกเขาจะติดค้าง ด้วยการกด พวกเขาจะเลื่อนจนกว่าถ้วยจะเชื่อมต่อกันอีกครั้ง และต่อไป ติดและลื่นไถลซ้ำแล้วซ้ำเล่า ในอาร์เรย์ของอะตอม กระบวนการลื่นไถลนั้นส่งผลให้พลังงานถูกแปลง ไม่ใช่เป็นการเคลื่อนไหว แต่ไปเป็นรูปแบบอื่นๆ ที่ไม่ช่วยเหลือ เช่น เสียงหรือความร้อน
ตอนนี้ให้นึกภาพการหมุนกล่องเพื่อไม่ให้ถ้วยและสันเขาเรียงกันอีกต่อไป กล่องหนึ่งจะเลื่อนไปด้านบนสุดของอีกกล่องหนึ่ง ทำให้การเคลื่อนไหวราบรื่นขึ้น แนวคิดนี้ใช้ได้กับอะตอมเช่นกัน และเรียกว่าการหล่อลื่นเชิงโครงสร้างที่ดีเยี่ยม วัสดุสองชนิดที่ยึดติดอย่างแข็งแรงเมื่อจัดแนวสามารถเลื่อนได้โดยแทบไม่ต้องเสียดสีเมื่อถูเป็นมุม ในทำนองเดียวกัน ลองพิจารณากล่องสองกล่องที่ทำขึ้นเพื่อให้พอดีกับไข่ประเภทต่างๆ เช่น ไข่ไก่และไข่เป็ด ถ้วยในกล่องทั้งสองกล่องจะเว้นระยะห่างกัน เนื่องจากไข่เป็ดที่ใหญ่กว่าต้องการพื้นที่มากขึ้น นั่นหมายความว่าถ้วยจะไม่เรียงกันอย่างแน่นอน และจะไม่ล็อคเข้าที่ไม่ว่าจะวางแนวไหนก็ตาม เช่นเดียวกับวัสดุสองชนิดที่มีอะตอมที่มีระยะห่างต่างกัน
คาดการณ์ไว้ในปี 1980 และ 1990 superlubricity เชิงโครงสร้างถูกค้นพบครั้งแรกและรายงานในปี 2004 เมื่อนักวิจัยพบว่าความง่ายในการที่เกล็ดกราไฟท์เลื่อนไปบนพื้นผิวกราไฟท์อื่นนั้นขึ้นอยู่กับการวางแนวของมันอย่างมาก: ที่มุมการหมุนบางมุมแรงเสียดทานลดลงไปข้างๆ ไม่มีอะไรทีมงานระบุไว้ในPhysical Review Letters
เมื่อเร็ว ๆ นี้ superlubricity ของโครงสร้างปรากฏขึ้นใน graphene ซึ่งเป็นแผ่นกราไฟท์ที่มีความหนาเพียงอะตอมเดียว แถบกราฟีนสามารถเลื่อนผ่านพื้นผิวสีทองได้อย่างง่ายดายนักวิทยาศาสตร์รายงานในปี 2016 ในScience ริบบิ้นอาจมีความยาวหลายร้อยนาโนเมตร ซึ่งประกอบด้วยอะตอมนับพัน แต่ “พวกมันเคลื่อนที่ด้วยแรงที่บางครั้งมีขนาดเล็กกว่า [ที่จำเป็น] เพื่อเคลื่อนอะตอมเดียว” Ernst Meyer ผู้ร่วมวิจัยด้านการศึกษากล่าว บาเซิลในประเทศสวิสเซอร์แลนด์ “มันน่าทึ่งมาก ถ้าคุณปรับแต่งทุกอย่างให้ถูกวิธี”
แต่การหล่อลื่นเหนือชั้นเชิงโครงสร้างมักต้องการสภาวะที่บริสุทธิ์
สิ่งสกปรกหรือรอยตำหนิบนวัสดุจะทำให้เกิดโคลนขึ้น ดังนั้นผลที่ได้มักจะแสดงให้เห็นในสุญญากาศเท่านั้น โดยมีเงื่อนไขการควบคุมอย่างระมัดระวังและพื้นผิวที่เตรียมไว้เป็นพิเศษ ด้วยเหตุผลเหล่านี้ โครงสร้างการหล่อลื่นพิเศษในขั้นต้นจึงจำกัดอยู่ที่วัตถุที่วัดได้ดีที่สุดในหน่วยนาโนเมตร หรือหนึ่งในพันล้านของเมตร ซึ่งเป็นมาตราส่วนที่สามารถหลีกเลี่ยงความไม่สมบูรณ์ดังกล่าวได้ แต่เมื่อไม่นานมานี้ นักวิทยาศาสตร์ได้เพิ่มพลังพิเศษในการหล่อลื่นพิเศษ
นักวิจัยจากจีนและอิสราเอลพบว่ามีสารหล่อลื่นพิเศษที่มีพื้นผิวขนาดใหญ่กว่าล้านเท่าในพื้นที่ — มาตราส่วนไมโครมิเตอร์ เมื่อกราไฟต์เลื่อนเหนือสารประกอบของโบรอนและไนโตรเจนการรวมกันดังกล่าวมีค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำมาก ซึ่งน้อยกว่า 0.00014 กลุ่มรายงานในเดือนกรกฎาคม 2018 ในNature Materials อะตอมภายในสารประกอบที่เรียกว่าโบรอนไนไตรด์หกเหลี่ยม ถูกจัดเรียงเป็นรูปหกเหลี่ยม ซึ่งมีรูปร่างเหมือนกับอะตอมของคาร์บอนในกราไฟท์ แต่รูปหกเหลี่ยมในวัสดุทั้งสองมีขนาดต่างกัน เช่น กล่องไข่ที่ทำขึ้นสำหรับไข่เป็ดเมื่อเทียบกับไข่ไก่ Hod แห่ง Tel Aviv ผู้เขียนร่วมของการศึกษาร่วมกับ Ming Ma, Quanshui Zheng แห่งมหาวิทยาลัย Tsinghua และคณะ กล่าวว่าแรงเสียดทานยังคงอยู่ในระดับต่ำแม้ว่าจะไม่ได้ทำการทดสอบภายใต้สภาวะสุญญากาศ
เป้าหมายต่อไป Hod กล่าวคือการนำสารหล่อลื่นเชิงโครงสร้างมาสู่ระดับมิลลิเมตร ไปยังวัตถุที่เรามองเห็นและจับได้ แม้ว่าจะเล็กก็ตาม ชิ้นส่วนขนาดเล็กที่เคลื่อนไหวได้ขนาดนี้เป็นเรื่องปกติ และแรงเสียดทานที่ลดลงดังกล่าวอาจมีประโยชน์ในอุปกรณ์ต่างๆ ตั้งแต่ส่วนประกอบคอมพิวเตอร์ขนาดเล็กไปจนถึงเครื่องยนต์ขนาดเล็ก “มันสามารถอยู่ในอุตสาหกรรมการแพทย์ การจัดเก็บข้อมูล นาฬิกา ดาวเทียม คุณเรียกมันว่า” เขากล่าว การขยายขนาดให้ใหญ่ขึ้นนั้นจะเป็นเรื่องที่ท้าทาย แต่ Hod กำลังทำงานเกี่ยวกับแนวคิดที่จะไปถึงที่นั่น สล็อตเว็บตรง แตกง่าย
