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Hochfrequenz-Kontaktmechanik mit der Schwingquarz-Mikrowaage
Die Schwingquarz-Mikrowaage wird normalerweise zum Studium von dünnen Schichten und Adsorbaten aus der flüssigen Phase eingesetzt. Wenn statt dünner Schichten Punkt-Kontakte vorliegen (Abb. 1), verhalten sich Schwingquarze anders als unter Schicht-Beladung. Erstens ist die Frequenz-Verschiebung positiv. Zweitens kommt es an der Kontakt-Stelle zu einer Spannungskonzentration und in der Folge zu nicht-linearen Kraft-Verschiebungs-Relationen. Am einfachsten kann man diese Nichtlinearitäten über eine Amplituden-Abhängigkeit der Frequenz-Verschiebung nachweisen und studieren.1 Einige der Ergebnisse kann man als einen graduellen Übergang von Haft-Reibung zu Gleit-Reibung verstehen.
In einem DFG-Projekt werden diese Ansätze vertieft. Arbeits-Schwerpunkte sind:
- Untersuchung von Third-Harmonic-Generation2 zur Quantifizierung von Nichtlinearitäten auf der Nanosekunden-Skala.
- Studium von Nichtlinearitäten auf der Millisekunden-Skala mittels Intermodulations-Spektroskopie3.
- Identifikation der verschiedenen Beiträge zu den Nichtlinearitäten
(Mikroschlupf, Erwärmung, Verschleiß, Rollreibung/Gleitreibung, …). - Eine Untersuchung, ob „shake-down“4 (also eine Abnahme der Energie-Dissipation im Laufe der Zeit) auch bei oszillatorischer reibender Belastung beobachtet wird.
- Etablierung dieser Methodik, um auch weiche Schichten (wie z.B. Bio-Adsorbate) nichtlinear zu charakterisieren (Abb. 1).
Weitere Links
Link zur DFG-Projektwebseite.
- S. Hanke, J. Petri, and D. Johannsmann
Partial Slip in Mesoscale Contacts: Dependence on Contact Size
Physical Review E 88, 032408 (2013). - S. K. Ghosh, V. P. Ostanin, C. L. Johnson, C. R. Lowe, and A. A. Seshia
Probing biomolecular interaction forces using an anharmonic acoustic technique for selective detection of bacterial spores
Biosensors & Bioelectronics 29, 145 (2011). - C. Hutter, D. Platz, E. A. Tholen, T. H. Hansson, and D. B. Haviland
Reconstructing Nonlinearities with Intermodulation Spectroscopy
Physical Review Letters 104, 5 (2010). - A. Klarbring, M. Ciavarella, and J. R. Barber
Shakedown in elastic contact problems with Coulomb friction
International Journal of Solids and Structures 44, 8355 (2007).