Severin Sylla, Thomas Reichenbach, Prof. Dr. Michael Moseler, Dr. Gianpietro Moras

Großskalige Molekulardynamik Schersimulationen erlauben atomar-aufgelöste Einblicke in Reibkontakte und sind damit ein mächtiges Werkzeug, um ein Verständnis der der Reibung und dem Verschleiß zugrundeliegenden Wirkzusammenhänge zu erlangen. Zur Modellierung von mehreren hunderttausend Atomen ist eine genaue und gleichzeitig rechnerisch günstige Beschreibung der interatomaren Wechselwirkungen notwendig. Dies kann mittels sogenannter nichtreaktiver Kraftfelder erfolgen. Obwohl deren Formalismus chemische Reaktionen nicht beschrieben kann, können mit diesen Kraftfeldern dennoch entscheidende Informationen über die Reibung und die rheologischen Eigenschaften nanoskaliger Schmierstofffilme erzielt werden, insbesondere wenn letztere so dünn sind, dass Kontinuumsmethoden nicht anwendbar sind. Aufgrund des erheblichen Aufwandes, der mit der Entwicklung verbunden ist, existieren bislang nur wenige Kraftfelder, die Materialien unter tribologischer Belastung beschreiben können.

Im Rahmen der Masterarbeit wurde ein interatomares, nichtreaktives Kraftfeld zur Simulation der tribologisch relevanten Materialen Diamant und diamantähnlicher Kohlenstoff mit unterschiedlichen sp²/sp³ Hybridisierungsanteilen erarbeitet. Dieses wurde speziell für Schersimulationen maßgeschneidert, sodass sowohl trockene als auch wassergeschmierte Kontakte akkurat beschrieben werden können. Eine Erweiterung um andere Schmierstoffe ist aufgrund der flexiblen Form des Kraftfeldes möglich. Die erforderlichen Kraftfeldparameter wurden mit Hilfe von quantenmechanischen Dichtefunktionaltheorie-Referenzrechnungen bestimmt. Die Referenzrechnungen umfassen die für das tribologische Verhalten entscheidenden Größen, wie z.B. die Oberflächen-Oberflächen und die Oberflächen-Wasser Wechselwirkungen.

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