Ученые из Университета Саарланда представили результаты исследования, которые ставят под сомнение общепринятую теорию о причинах скользкости льда. Традиционно считалось, что скользкость обусловлена тонким слоем талой воды, образующимся под воздействием давления и трения. Однако новые данные указывают на решающую роль молекулярных дипольных взаимодействий между льдом и контактирующими материалами.
Исследование, возглавляемое профессором Мартином Мюзером и его командой, Ашрафом Атилой и Сергеем Сухомлиновым, использовало передовые компьютерные симуляции. Результаты, опубликованные в журнале Physical Review Letters, демонстрируют, что при контакте объекта со льдом ориентация диполей в контактирующем материале нарушает кристаллическую структуру льда. Это приводит к формированию неупорядоченной, подобной жидкости пленки на границе раздела, что и объясняет скользкость.
Данное открытие опровергает теорию, предложенную почти два столетия назад Джеймсом Томсоном. Томсон предполагал, что давление и трение, наряду с температурой, способствуют таянию льда. Новая работа показывает, что ни давление, ни трение не играют существенной роли в образовании этого жидкого слоя. Профессор Мюзер подчеркивает: «Ключевыми факторами являются дипольные взаимодействия».
Интересно, что эффект дипольных взаимодействий сохраняется даже при экстремально низких температурах, вплоть до температур, близких к абсолютному нулю. При таких условиях пленка становится вязкой, подобно меду, что делает зимние виды спорта непрактичными, хотя сам смазывающий слой и существует. Это также опровергает предположение о невозможности катания на лыжах при температурах ниже –40 °C из-за отсутствия жидкой пленки.
Последствия этого исследования имеют широкое применение, выходя за рамки понимания повседневных взаимодействий со льдом. Оно предоставляет более глубокое понимание деформации материалов и механизмов трения на молекулярном уровне. Эти знания могут быть использованы для разработки новых материалов и поверхностей, устойчивых к обледенению, что повысит безопасность и эффективность в различных областях, включая транспорт и зимние виды спорта. Исследования показывают, что покрытия с низкой плотностью сшивки и межфазным проскальзыванием могут значительно снижать адгезию льда.
Таким образом, новаторское исследование Университета Саарланда предлагает новый взгляд на факторы, способствующие скользкости льда, подчеркивая роль молекулярных взаимодействий в противовес традиционным представлениям о давлении и трении.