In unseren Gelenken beugt eine dünnflüssige, wässrige Lösung Reibungsverlusten vor. Damit der dünne Film an Ort und Stelle verbleibt, bedient sich die Natur eines Tricks. Auf den mit Knorpel überzogenen Knochenenden ist eine Polymerschicht verankert, die vom Knorpel absteht und eine sogenannte Polymerbürste bildet, die das extrem fließfähige Schmiermittel anzieht und es an der Kontaktstelle hält. In den letzten 20 Jahren gab es zahlreiche Versuche, das natürliche Vorbild technisch zu kopieren. Doch der durchschlagende Erfolg blieb aus. Denn die tentakelförmigen Polymere der gegenüberliegenden Seiten tendieren dazu, sich ineinander zu verhaken. Dadurch bremsen sie sich gegenseitig und lösen sich von der Oberfläche.
Mit zwei unterschiedlichen Polymeren an der Kontaktstelle, so die Idee des Jülicher Physikers Prof. Martin Müser, Leiter der NIC-Arbeitsgruppe „Computational Materials Physics“ am Jülich Supercomputing Centre (JSC), lässt sich das Verknäueln der Polymere dagegen unterbinden. „Wir haben auf Supercomputern simuliert, was passiert, wenn wir auf der einen Seite wasserlösliche Polymere und auf der anderen Seite wasserabweisende Polymere anbringen“, erläutert er. „Mit einer Kombination aus einer wässrigen und einer öligen Flüssigkeit als Schmierstoff ließ sich die Reibung um zwei Größenordnungen, etwa um den Faktor 90, herabsetzen gegenüber einem System mit nur einer Art von Polymeren.“ Messungen mit dem Rasterkraftmikroskop an der niederländischen Universität Twente bestätigten die Ergebnisse. „Die beiden unterschiedlichen Phasen der Flüssigkeit trennen sich, weil sie sich gegenseitig abstoßen. Das hält gleichzeitig die Polymere zurück und verhindert, dass sie über die Grenze ragen“, erläutert Dr. Sissi de Beer, die kürzlich von Müsers Arbeitsgruppe an die Universität in Twente wechselte.
Die reibungsarme Zwei-Komponenten-Schmierung ist für zahlreiche Einsatzzwecke interessant. Ein Beispiel sind extrem leichtgängige Kolbensysteme, etwa Spritzen, mit denen sich noch kleinste Mengen an Medikamenten präzise dosieren lassen. Vor allen Dingen aber könnte das neue Verfahren dort zu reibungsarmen Lösungen führen, wo lokal hohe Drücke und Kräfte auftreten, beispielsweise für Achsenlager und Scharniere. Für den am weitesten verbreiteten Schmierstoff – Motoröl – ist es in absehbarer Zeit aber keine Alternative, denn gängige Polymerbürsten können den hohen Temperaturen nicht widerstehen.
