Frontdoor 2002/0153

Berg, Steffen

Kontaktmechanik mit Quarzresonatoren

Publikationstyp Dissertation
Fachbereich Fachbereich 18: Physik
Erscheinungsjahr 2002
Erscheinungsort Mainz
Abstract
Die Arbeit befasst sich mit den Änderungen der 
Resonanzparameter von Schwingquarzen, die durch Kontakte 
mit festen Körpern an der Oberfläche hervorgerufen werden 
(Quarz als kontaktmechanische Sonde). Bei Kontakt zwischen 
(weichen) Gold-Oberflächen tritt ein Peak bei der Dämpfung 
auf, der mit Reibung in Verbindung gebracht wird.
Zur Bestimmung der Resonanzparameter wurde das „ring-down“ 
Verfahren angewendet, bei dem der Quarzresonator zunächst 
auf seiner Resonanzfrequenz angeregt wird und dann die frei 
abklingende Quarzschwingung mit einer exponentiell 
abfallenden Sinusschwingung angefittet wird. Eine 
Unterteilung der Abklingkurve in einzelne Segmente liefert 
bei Kontakt eine amplitudenabhängige Resonanzfrequenz und 
Abkling-Konstante. Mittels Störungsrechnung wurden daraus 
explizit nichtlineare Federkraft-Auslenkung und 
Reibungskraft-Geschwindigkeit Relationen berechnet.
Bei Gold-Gold Kontakten zeigt sich ein sublinearer Anstieg 
der elastischen Kraft mit der Auslenkung, und ein linearer 
Anstieg der Reibungskraft mit der Geschwindigkeit, der im 
Gegensatz zu Kontakten zwischen harten und spröden 
Oberflächen oft erst ab einer kritischen Geschwindigkeit 
einsetzt. Ist eine Thiol-Monolage in der Kontaktfläche 
vorhanden, so verringert sich die kritische Geschwindigkeit 
stark.
Das Analyseverfahren wurde weiterhin auf die Untersuchung 
granularer Medien angewendet, die sich von Festkörpern und 
Flüssigkeiten durch das Auftreten von Spannungspfaden und 
Scherinstabilitäten unterscheiden. Dieses Verhalten ist bei 
kubischen Körnern stärker ausgeprägt als bei Kugeln.