Schmierung verstehen mit Neutronen

Lubrication is an old but nevertheless barely understood phe-nomenon. Insufficient lubrication leads to permanent wear, causingan estimated damage in the USA of about 6% of the GNP [1]. Al-ready the Egyptian civilisation was aware of the usefulness of lu-bricants. The painting from the grotto at El-Bershed dated about1880 B.C. shows the use of a lubricant to spare the power ofmen [2]. In recent years new sophisticated experimental techniqueslike surface force apparatus [3, 4], friction force microscopy [3, 5]and quartz-crystal microbalance [6] have been employed to test the-ories and computer simulations [3, 7] of friction mechanism. How-ever, these methods cannot provide in situ information ofthe slidingaction and the dynamical response on a molecular level. The largepenetration power of thermal neutrons allow non-destructive stu-dies of samples in complex environments. Combining this withan outstanding energy resolution makes it possible to study simul-taneously the macroscopic flow and the microscopic diffusion offlowing liquids. For a commercial motor oil we found surfaceslip. In addition, under shear the microscopic diffusion becomesanisotrop.Keywords: Neutron scattering, Liquids dynamics, MacroscopicflowSchmierung ist ein altes aber dennoch kaum verstandenes Pro-blem. Unzureichende Schmierung fu¨hrt zu permanentem Ver-schleis, der nach Scha¨tzungen einen Schaden von ungefa¨hr 6%des BIP in den USA verursacht [1]. Bereits die Zivilisation derA¨gypter war sich der Nu¨tzlichkeit von Schmiermitteln bewusst.Das Bild in der Grotte in El-Bershed (um 1880 B.C.) zeigt die Be-nutzung eines Schmiermittels um den Einsatz von Arbeitskraft zureduzieren [2]. In den letzten Jahren wurden neue hochentwickelteMethoden wie Oberfla¨chenkraftaparat [3, 4], Reibungskraftmikro-skop [3, 5] und Quartz-Kristall Mikrobalance [6] benutzt um Theo-rien und Computersimulationen [3, 7] von Reibungsprozessen zuu¨berpru¨fen. Diese Methoden ko¨nnen allerdings keine in situ Infor-mationen des Gleitprozesses und der dynamischen Antwort auf mo-lekularer Ebene liefern. Die grose Durchdringungskraft von ther-mischen Neutronen erlaubt zersto¨rungsfreie Messungen in komple-xen Umgebungen. Durch eine Kombination dieser Eigenschaft miteiner hervorragenden Energieauflo¨sung ist es mo¨glich gleichzeitigden makroskopischen Fluss sowie die molekulare Diffusion vonfliesenden Flu¨ssigkeiten zu beobachten. Fu¨r ein kommerziellesMotoro¨lhaben wir Oberfla¨chenslip gefunden. Zusa¨tzlich wird unterScherung die mikroskopische Diffusion anisotrop.Schlagworte: Neutronenstreuung, Dynamik von Flu¨ssigkeiten,Fliessprofil