© Edoardo Marquis

Das Verständnis der atomaren Mechanismen, die Reibung steuern, gehört zu den zentralen Herausforderungen der modernen Tribologie. Unsere Forschung stützt sich auf first-principles-Simulationen, um zu untersuchen, wie Oberflächen und Schmierstoffe auf atomarer Ebene miteinander interagieren, mit besonderem Fokus auf Grenzflächeneigenschaften wie Adhäsion an Substraten und intermolekulare Wechselwirkungen. Diese Eigenschaften entstehen direkt aus den Wechselwirkungen zwischen Elektronen und Atomkernen, die den Gesetzen der Quantenmechanik folgen. Unter den vielen Methoden, die Elektronen und quantisierte Zustände explizit berücksichtigen, bietet die Dichtefunktionaltheorie (Density Functional Theory, DFT) den besten Kompromiss zwischen Genauigkeit und Rechenaufwand. DFT-Simulationen ermöglichen den Zugang zu fundamentalen Größen, die in Echtzeitexperimenten nicht direkt messbar sind, und sie machen verborgene Mechanismen sichtbar, die letztlich das makroskopische Reibungsverhalten beeinflussen. Dieser Ansatz ist anspruchsvoll, aber äußerst gewinnbringend, da er darauf abzielt, die Schlüsselfaktoren der Schmierstoffeffizienz innerhalb der inhärenten Komplexität tribologischer Systeme herauszuarbeiten.

Dieser Forschungsbereich wird in enger Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe von Prof. M. Clelia Righi (Universität Bologna, Department of Physics) durchgeführt, einer führenden Expertin für atomistische Simulationen tribologischer Phänomene. Gemeinsam verbinden wir die prognostische Stärke der DFT-Simulationen mit tribologischen Tests, die in unserem Labor an der TU Wien durchgeführt werden. Experimentelle Charakterisierungen (darunter AFM, TEM, SEM, LEIS, XRD, Raman und XPS) liefern ergänzende Daten, die es ermöglichen, Simulationsergebnisse mit dem realen Materialverhalten zu verknüpfen. Dieser synergetische Ansatz erlaubt es, mechanistische Erkenntnisse darüber zu gewinnen, wie Schmierstoffe über verschiedene Skalen und Betriebsbedingungen hinweg funktionieren.