Fuerzas de fricción en sistemas con puentes de hidrógeno en la superficie de contacto

Abstract

We present molecular simulation results of studying the tribological behavior of surfaces of silica of self- assembled monolayers of alkylsilanes with alkyl and hydroxyl terminals in a wide range of normal loads, from separations between layers representing systems whit almost no interactions to normal loads they represent the breaking pressure of silica. Two assembles were employed in this simulation one that reflects rigid surfaces at constant separation, and info:eu-repo/semantics/other flexible surfaces reflecting under constant normal load. The shear profile against normal load shows a complex behavior for hydroxyl- terminated strings, which show a large adhesion area of normal negative charges. A zero normal loads, the hydrophilic chains show friction forces an order of magnitude higher than the chains whit hydrophilic end groups. The frictional forces in the assembly at normal load produces friction forces higher than the friction forces in the constant separation assembly for chains with hydroxyl end groups (hydrophilic), while in the chains with terminal methyl groups (hydrophobic) the effect is the opposite. This phenomenon was explained in terms of the ease with which the assembly at constant normal load to reorganize the chains and reduce the repulsive forces. The study of hydrogen bonds in hydrophilic chains shows the dependence of the frictional forces in the formation/ disruption of these interactions, which not only involve the hydrogen bonds between layers (interlayers), but also the hydrogen bonds within each of the layers (intra layers).

En este trabajo presentamos resultados de simulación molecular para el estudio del comportamiento tribológico de superficies de sílice recubiertas de monocapas autoensambladasde alquilsilanos funcionalizados con grupos terminales alquilo e hidroxilo en un amplio rango de cargas normales, desde separaciones entre capas que representan sistemas con casi nulas interacciones, hasta cargas normales que representan la presión de rompimiento del sílice. Dos ensambles de simulación fueron empleados, uno que refleja superficies rígidas a separación constante, y el otro que refleja superficies flexibles bajo carga normal constante. El perfil esfuerzo de corte contra carga normal muestra un comportamiento complejo para las cadenas terminadas en grupos hidroxilo, las cuales muestran una gran zona de adherencia a cargas normales negativas. A cargas normales cero, las cadenas hidrofílicas muestran fuerzas de fricción un orden magnitud más alto que las cadenas con grupos terminales hidrofílicos. Las fuerzas de fricción en el ensamble a carga normal constante producen fuerzas de fricción más altas que las fuerzas de fricción en el ensamble a separación constante para las cadenas con grupos terminales hidroxilo (hidrofílicas), mientras que en las cadenas con grupos terminales metilo (hidrofóbicas) el efecto es el contrario. Este fenómeno fue explicado en términos de la facilidad que tiene el ensamble a carga normal constante para reorganizar las cadenas y disminuir las fuerzas de repulsión. El estudio de los puentes de hidrogeno en cadenas hidrofílicas muestra la dependencia de las fuerzas de fricción en la formación/rompimiento de estas interacciones, los cuales no solo involucran los puentes de hidrogeno entre las capas (intercapa), sino también los puentes de hidrogeno dentro de cada una de las capas (intracapa).