[Friction entre deux monocouches cristallines d'orientations différentes]
La friction entre deux cristaux de graphite (quand l'un des cristaux a tourné par rapport à l'autre d'un angle θ) est connue pour être faible. Nous discutons ici un cas différent : celui de deux monocouches graphitiques, dans des conditions idéales (pureté, ultravide, pas de dislocations préexistantes dans une couche).
Un cristal à deux dimensions a des fluctuations géantes, analysées jadis par B. Jancovici. La diffusion X n'a plus de pics de Bragg, mais des réflexions diffuses, dominées par des processus multiphonons. Or, un système désordonné a souvent un coefficient de frottement élevé. Nous construisons des lois d'échelle pour la friction visqueuse (à basse vitesse V) dans la situation décrite par Jancovici ; la friction s'avère effectivement forte. Il en serait de même pour un cristal opposé à une seule monocouche.
Friction between two ideal single crystals is expected to be very small if there is an incommensurate orientational mis-setting θ between the crystals (provided that the interlayer couplings are small). We consider here a different case: two identical monolayers (of materials such as MoS2 or graphite) in ideal conditions (high purity; high vacuum; no dislocations in both layers).
Two dimensional crystals have anomalous fluctuations, analyzed long ago by B. Jancovici. The Bragg reflections are not sharp, but diffuse. The X-ray (or neutron) scattering near the nominal Bragg peaks is singular, and dominated by multiphonon processes. Incorporating this form of dynamics, we construct a scaling prediction for the viscous friction stress expected at slow relative velocities V. It is predicted to be very large! This conclusion would also hold for one monolayer facing a bulk crystal. Our discussion is qualitative (ignoring all numerical coefficients) but relatively simple.
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Mot clés : Monocouches cristallines d'orientations différentes, Friction visqueuse
Pierre-Gilles de Gennes 1
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Pierre-Gilles de Gennes. Friction between two misoriented crystalline monolayers. Comptes Rendus. Physique, Volume 7 (2006) no. 2, pp. 267-271. doi : 10.1016/j.crhy.2006.01.003. https://comptes-rendus.academie-sciences.fr/physique/articles/10.1016/j.crhy.2006.01.003/
[1] Phys. Rev. Lett., 59 (1987), p. 1942
[2] J. Mat. Res., 8 (1993), p. 3019
[3] Phys. Rev. B, 56 (1997), p. 6987
[4] Phys. Rev. Lett., 92 (2004), p. 126101
[5] Phys. Rev. Lett., 92 (2004), p. 134301
[6] Consult the sessions on superlubrication in “Proceedings of World Tribology Congress III” (Washington, September 13–16, 2005). CD ROM available from ASME, ISBN 0-7918-3767-X, Order no I734CD (2005)
[7] Proc. Pittsburgh Conf. ONR, Office of Naval Research, 2 (1949), p. 542
[8] Phys. Rev. B, 20 (1979), p. 5071
[9] Phys. Rev. B, 42 (1990), p. 760 (See also: Phys. Rev. B, 42, 1990, pp. 6745)
[10] Phys. Rev. Lett., 19 (1967), p. 20
[11] Sliding Friction, Springer-Verlag, Berlin, 2000
[12] Physica, 25 (1959), p. 825
[13] Comments Cond. Matt. Phys., 17 (1995), p. 263
[14] Science, 500 (2002), p. 741
[15] Phys. Rev. Lett., 86 (2001), p. 1295
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