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Aug 28, 2023

질감이 있는 표면을 통해 유리 위 탄성 재료의 마찰 제어

과학 보고서 12권,

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 15423(2022) 이 기사 인용

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다양한 질감의 유리 표면에서 미끄러지는 엘라스토머 및 폴리아세탈 필기구 팁의 마찰 거동을 조사하기 위해 왕복 마찰 테스트를 통해 피치 크기와 밀리미터 미만 크기 질감의 높이가 마찰에 미치는 영향을 조사했습니다. 각 쓰기 팁의 마찰 계수는 텍스처의 피치와 높이를 변경하여 체계적으로 달라질 수 있습니다. 이러한 마찰의 변화는 필기구의 볼록-오목 형상과 접촉 부분의 관계에 기초하여 접착, 마모 및 변형 마찰에 영향을 미칩니다. 필기구의 접촉면적보다 작은 피치로 표면 질감을 유도함으로써 마찰계수를 효과적으로 줄일 수 있었습니다. 더 큰 높이의 표면 질감을 유도함으로써 변형 마찰로 인해 엘라스토머의 마찰 계수가 증가할 수 있습니다. 이러한 동작은 질감이 있는 유리 표면의 피치 및 높이와 같은 매개변수를 변경하여 마찰을 제어할 수 있음을 나타냅니다.

질감이 있는 표면을 사용하여 마찰 공학적 특성을 제어하는 ​​것은 슬라이딩 표면 조건을 개선하기 위해 다양한 분야에서 매력적이었습니다. 예를 들어, 자동차 분야에서는 마찰을 제어하고 에너지 효율성을 향상시키기 위해 표면 질감이 도입되어 결과적으로 CO2 배출이 감소합니다5,6. 공작 기계 가이드웨이, 저널 베어링 및 기타 구성 요소의 표면에 질감을 도입하여 공작 기계의 마찰 특성을 개선하는 것도 조사되었습니다7,8,9.

수많은 연구에서 윤활 및 비윤활 조건 모두에서 마찰 특성에 대한 텍스처 표면의 영향을 조사했습니다. 윤활 조건에서 질감이 있는 표면은 일반적으로 유체역학적 윤활을 향상시킵니다15,16. 대조적으로, 윤활되지 않은 조건에서 질감이 있는 표면은 명백한 접촉 영역에 기여하며 이는 상대면의 돌기 수준에서 접착 마찰 및 연마 마찰에도 큰 영향을 미칩니다17,18,19,20. 더욱이 질감이 있는 표면으로 인한 탄성 재료의 변형 마찰도 마찰 거동에 영향을 미칠 수 있습니다. 질감이 있는 단단한 표면의 볼록 및 오목 구조를 따라 이동하는 탄성 재료의 탄성 변형 및 이동은 탄성 재료의 피로 마모를 유발할 수 있습니다.

종이 사용을 줄이고 업무 효율성을 향상시킨다는 관점에서 볼 때, 최근 몇 년간 태블릿 컴퓨터를 통한 필기 입력이 더욱 보편화되었습니다26. 필기 입력에서는 쓰기 경험에 영향을 미치는 펜촉의 마찰 동작이 중요합니다. 사용자는 일반적으로 미끄러우며 평평한 유리 표면에 펜을 사용하여 글을 쓰는 경험이 좋지 않습니다. 사용자 경험을 개선하기 위한 일반적인 방법으로는 탄성률을 조정하거나 펜촉의 재질을 변경하여 마찰력을 높이는 방법, 질감이 있는 필름 시트를 태블릿 컴퓨터에 부착하는 방법 등이 있습니다. 태블릿 컴퓨터의 유리 표면에 직접 질감을 도입하는 것은 긁힘 방지, 투명성, 유리의 느낌을 유지할 수 있다는 장점이 있어 상당한 주목을 받았습니다. 그러나 유리에 질감을 도입하여 필기 입력 경험을 향상시키는 것을 목표로 하는 연구는 소수에 불과합니다. 이전 연구에서 우리는 두 가지 유형의 표면 거칠기(밀리미터 이하에서 밀리미터 크기의 질감과 나노미터 크기의 미세 거칠기)를 사용하여 마찰 특성을 제어할 수 있는 가능성에 대해 보고했습니다. 우리는 각각의 거칠기가 접착마찰, 연마마찰, 변형마찰에 영향을 미치고, 이에 따라 필기팁과 질감이 있는 유리 표면 사이의 마찰계수를 제어할 수 있음을 발견했습니다. 그러나 마찰 거동에 대한 더 큰 크기의 볼록 및 오목 모양의 피치와 높이의 기여에 대한 논의가 부족했습니다.