El modelo de Prandtl-Tomlinson es una representación simple que describe el comportamiento de la fricción a escala atómica. Propuesto por Ludwig Prandtl en 1928, consiste en una masa puntual arrastrada por un resorte sobre un potencial periódico que representa la interacción entre la punta y la superficie. Este modelo permite estudiar los regímenes de deslizamiento continuo y de salto brusco, así como el fenómeno de la superlubricidad, un estado de fricción cero alcanzable con una orientación relativa adecuada entre las superficies.
Se mueve una punta a una velocidad constante v_c sobre la superficie, que tiene un potencial periódico de amplitud U_0 y de período a. La punta está conectada a un resorte de constante k y de masa m, que ejerce una fuerza restauradora sobre ella. Cuando la punta se encuentra en un valle del potencial, el resorte está relajado y la punta tiene una energía cinética máxima. Cuando la punta se encuentra en un pico del potencial, el resorte está comprimido y la punta tiene una energía potencial máxima. La punta oscila entre estos dos estados con una frecuencia angular ω, que depende de la masa, la constante del resorte y el potencial de la superficie.
Nanotribología es la rama de la tribología que se enfoca en estudiar fenómenos como fricción, desgaste, adhesión y lubricación a nanoescala. Aquí, las interacciones atómicas y los efectos cuánticos no pueden despreciarse. Su objetivo es caracterizar y modificar superficies con propósitos tanto científicos como tecnológicos. La investigación en nanotribología tiene aplicaciones en diversos campos, incluyendo nanotecnología, biología, medicina, física, química e ingeniería.
La nanotribología encuentra diversas aplicaciones industriales, entre las cuales se destacan:
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Recubrimientos Superlubricantes: Desarrollo de recubrimientos que reducen la fricción y el desgaste en dispositivos micro y nanomecánicos, como sensores, actuadores, motores e interruptores.
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Superficies Superadhesivas: Diseño de superficies que mejoran la fijación y el transporte de materiales, como cintas adhesivas, geles, polímeros y nanotubos de carbono.
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Fabricación de Nanomateriales: Producción de nanomateriales con propiedades mecánicas, eléctricas, ópticas y magnéticas controladas, como nanocristales, nanohilos, nanopartículas y nanocompuestos.
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Mecanismos Biológicos: Exploración de los mecanismos de fricción y lubricación en sistemas biológicos, como articulaciones, huesos, cartílagos, células y moléculas.