結果と考察

図1Aは、特に絶縁体部品を備えた機械では、摩擦帯電による寄与が非常に大きいことを示しています。別のポリマー表面上を走るポリマーブレードを備えた単純なロータは、2つの表面間の帯電と静電接着の増加によって摩擦が増加するため、発熱したり、動作を停止したりする可能性があります。 これに対し，コロナ放電ガンを用いて電荷を除去すると，局所加熱とエネルギー散逸が減少し，エネルギー消費はｃ ａによって低下する。 66%( 1B）。

接触充電、付随する摩擦、および充電除去時に期待される省電力を定量化するために、固体円筒形の物体を傾斜面の上部に置き、底部に向かって自由にスライドさせる”教科書”セットアップを使用し、その後、本体を開始位置に戻し、より多くの摺動サイクルを繰り返す。 ポリエチレンテレフタレート（PET）フィルムベースを有する円筒状の木材片は、セルロース上にスライドする（図に示すように。 2A; また、ムービー S2参照）、図中に定量化されたトライボチャージを取得するプロセスでは、図中に定量化されたトライボチャージ スライドサイクルの異なる数のための2B（電荷測定の詳細については、補足材料を参照してください）。 電荷の大きさと滑り時間は、19回目の下り坂スライドでは走行ごとに増加し、滑り時間は最初の走行に比べて四倍になります。 関連するデモンストレーションでは、摩擦係数の増加を説明するために、摺動が開始する傾斜角も連続した走行とともに増加する（図2）。 2C）。 しかし、ゼロスタットコロナ放電ガンによって摺動面のトライボチャージが除去されると、摺動時間と”πオフセット”の両方が最初の摺動時に元の値に戻ります（図。 2、BおよびC）。

これらの例示的な例では、我々はその後、繰り返される水平スライドサイクルのための様々な一般的に使用されるポリマーの対のCoF（S）とCoF（D） スライドピースの電荷も、各実行後に記録されました。 予想通り、トライボチャージ密度とCoF(D)の両方が連続走行中に増加しました(Fig. 図3A)に示すように、これらの量の間の相互関係を図3aに定量化した。 S1およびS2。 トライボチャージング（25）に伴う二つの摺動面間の材料移動の程度も測定されたCoF（D）に影響を与える可能性があることに注意してください（図。 S3）。 次に、開発したトライボチャージを散逸させる方法、すなわち、接触面を溶媒ですすぎ、コロナ放電、または一方または両方の材料の裏面をワイヤを介して接地された導電性材料の層で覆う方法を試験した（図）。 3). すべてのこれらのアプローチとすべての排出されたポリマー対のために、摩擦は繰り返し摺動実行時に有意に増加しませんでした。 セルロース上で摺動する代表的なＰＴＦＥのデータを図１ ０に示す。 る（Ｃ〜Ｅ）。 金属の裏付けと基づいていることに（図。 3D、赤い点）、35番目の滑走周期の間のCoF（D）は最初の操業の間により9%だけ高かったです（図。 る（図３Ｅ、赤色の点）。 3E、黒い点）。 ここでは、実用的な使用のために、接地が最も経済的で技術的に簡単な方法である可能性があることに注意してください; しかし、摩擦係数を最小限に抑えるにはコロナ放電法が最善の方法であり、摩耗を防ぐにはエタノールすすぎ法が最善の方法であることがわかりました。これは、この方法も摺動中に形成されたデブリを除去するためであると考えられます（図）。 S4）。 特に、ポリマーの結晶化度には実質的な変化はないが（図１）、ポリマーの結晶化度には実質的な変化はない。 S5）トライボチャージ除去の有無にかかわらず、我々は程度のトライボケミカル変化の減少を検出した（例えば ポリマー表面に電荷を蓄積させた場合と比較して、摺動時にトライボチャージを連続的に除去することにより、酸化およびフッ素化を行うことができる（fig. S6）。

これまでのところ、我々はトライボチャージ散逸を介して直接摩擦制御方法のいくつかを示しました。 摩擦帯電（したがって摩擦）は、大気や湿度などの外部要因を操作することによっても制御することができます（29-31）。 これらの外部要因がトライボチャージングと摩擦に及ぼす影響を図に簡単に示します。 S7およびS8。 本発明者らはまた、別の一連の実験において、Ｃｏｆ（Ｄ）に対する正味電荷極性（３ ２）の効果を示す（図１および図２）。 Ｓ９およびＳ１ ０）。

前に述べたように、この作業の最も重要な結果は、絶縁部品を備えたさまざまなタイプの機械システムにあります。 このようなシステムにおける摩擦低減の簡単なデモンストレーションを提供するために、図に示すように、プラスチックリングとガラスボールを用いたボールベアリングの回転を監視し、連続放電の有無にかかわらず、図に示すようにしました。 放電することなく、200rpmで、取り付けられたロードセルによって測定される回転に対するリングの抵抗は、回転時間とともに増加する（図4a. 詳細については、図４ｂを参照のこと。 S11）。 コロナ放電銃の単一の”ショット”でも、軸受の連続運転時に摩擦力が0.0125から0.0060Nに瞬時に減少することを示しました（図。 4B）。

ポリマー接点の摩擦開始摩耗は、接触電荷の除去によっても低減することができます: セルロース（20cm×25cm、θ=20°）上で繰り返し摺動した厚い（0.5cm）ポリ塩化ビニル（PVC;2.5cm×2.5cm）の電荷密度を、摺動面の連続コロナ放電によって-0.2nC/cm2以下に保つと、35回の走行後、同じピースを35回の走行で摺動させた場合と比較して、PVC表面の摩耗が低減される（ca. 同じ領域に100摩耗ライン）（図。 る。

最後に、トライボチャージの除去が最終的にデバイス内の摩擦関連のエネルギー消費を最小限に抑えることができる方法を示すために、我々はシンプルで PSUブレードを平らなセルロース表面に接触させると、この接触と回転摺動により、両方のポリマー表面に迅速にトライボチャージが発生します(図1)。 4Gおよび映画S1）。 通常の動作時(PSUブレードとセルロース表面に電荷が蓄積される)には、DC電動機による電流が増加し(この例では、動画S1に示す83mAから220mA)、モータは約440mWを消費し、トライボチャージと表面間の摩擦が増加するため、回転が停止します(図1)。 ———– この時点で、接触面がコロナ放電された場合、より低いエネルギー消費（83mA、166mW、”トライボチャージャー付き”モータシステムで測定された値の約三分の一）で動作が再開されます。 最小化された摩擦およびエネルギー消費はまた連続的な排出の下で働くモーターの熱イメージによって視覚化することができる（Fig. およびＪ）。