Neste trabalho, a relação entre a adesão e o grau de desordem de superfícies em contato é estudada por meio de simulações por dinâmica molecular. O sistema em estudo é composto por um indentador cilíndrico rígido e um bloco deformável. Um reservatório térmico é colocado logo abaixo do bloco, de forma a manter o sistema a temperatura ambiente. Os sólidos são feitos do mesmo material e são modelados por intermédio do potencial genérico de Lennard-Jones. A adesão entre as superfícies é variada gradualmente por meio da variação do raio de corte do potencial que descreve a interação entre as superfícies indentador-bloco. Cada simulação se inicia com um recozimento, após o qual são realizadas as simulações de contato propriamente ditas, até que ocorra penetração de 1,7 raios atômicos. A força normal, a energia potencial, a temperatura e a energia cinética são acompanhadas ao longo do processo. Os resultados reforçam a importância da adesão no jump-to-contact, estando este fenômeno relacionado à geração de defeitos cristalinos. Há indícios de que a distribuição da carga, bem como a dissipação de energia, seja influenciada pela adesão na interface. Mostra-se que a desordem apresentada pelos átomos do bloco é proporcional à contribuição da adesão. / In this work, the relationship between adhesion and the degree of disorder of surfaces in contact is studied by means of molecular dynamics simulations. The system consists of a rigid cylindrical indenter and a deformable block. A heat reservoir is placed just below the block, in order to maintain the system at room temperature. Both solids are made of the same material and are modeled through the generic Lennard-Jones potential. Adhesion between the surfaces is gradually varied by varying the cut-off radius of the potential describing the interaction between the indenter surface and the block. Each contact simulation is preceeded by an annealing step, and is conducted until the penetration reaches 1.7 atomic radii. The normal force, the potential energy, kinetic energy and temperature are monitored throughout the process. The results reinforce the importance of adhesion in the phenomenon of jump-to-contact, which is also related to the generation of crystalline defects. The results indicate that the load distribution and power dissipation is influenced by the adhesion at the interface. It is shown that the disorder presented by the atoms of the block is proportional to the contribution of adhesion.

Neste trabalho, a relação entre a adesão e o grau de desordem de superfícies em contato é estudada por meio de simulações por dinâmica molecular. O sistema em estudo é composto por um indentador cilíndrico rígido e um bloco deformável. Um reservatório térmico é colocado logo abaixo do bloco, de forma a manter o sistema a temperatura ambiente. Os sólidos são feitos do mesmo material e são modelados por intermédio do potencial genérico de Lennard-Jones. A adesão entre as superfícies é variada gradualmente por meio da variação do raio de corte do potencial que descreve a interação entre as superfícies indentador-bloco. Cada simulação se inicia com um recozimento, após o qual são realizadas as simulações de contato propriamente ditas, até que ocorra penetração de 1,7 raios atômicos. A força normal, a energia potencial, a temperatura e a energia cinética são acompanhadas ao longo do processo. Os resultados reforçam a importância da adesão no jump-to-contact, estando este fenômeno relacionado à geração de defeitos cristalinos. Há indícios de que a distribuição da carga, bem como a dissipação de energia, seja influenciada pela adesão na interface. Mostra-se que a desordem apresentada pelos átomos do bloco é proporcional à contribuição da adesão. / In this work, the relationship between adhesion and the degree of disorder of surfaces in contact is studied by means of molecular dynamics simulations. The system consists of a rigid cylindrical indenter and a deformable block. A heat reservoir is placed just below the block, in order to maintain the system at room temperature. Both solids are made of the same material and are modeled through the generic Lennard-Jones potential. Adhesion between the surfaces is gradually varied by varying the cut-off radius of the potential describing the interaction between the indenter surface and the block. Each contact simulation is preceeded by an annealing step, and is conducted until the penetration reaches 1.7 atomic radii. The normal force, the potential energy, kinetic energy and temperature are monitored throughout the process. The results reinforce the importance of adhesion in the phenomenon of jump-to-contact, which is also related to the generation of crystalline defects. The results indicate that the load distribution and power dissipation is influenced by the adhesion at the interface. It is shown that the disorder presented by the atoms of the block is proportional to the contribution of adhesion.

[pt] Nesta tese, apresentamos um procedimento utilizado para a calibração do fotodetector e dos cantileveres utilizados em nosso AFM para a medida de força lateral. Desenvolvemos um código em Matlab para o controle do microscópio que permitiu a realização do estudo da influência da força normal na fricção. Também foi desenvolvido um segundo código em Matlab para a medida automatizada da adesão. Apresentamos e discutimos a influência da energia livre superficial na fricção e adesão de várias superfícies. Neste trabalho um estudo da influência da condensação capilar na forca lateral foi estudado para superfícies hidrofílicas, e hidrofóbicas. Encontramos que as nano asperezas podem realizar contatos singulares descritos pelo modelo de Hertz ou múltiplos contatos de acordo com o modelo de Greenwood. O tipo de contato entre as nano asperezas pode ser controlado através da hidrofobicidade e da umidade relativa no ambiente de medida. É verificado que os meniscos formados entre ponta e superfície influenciam a força lateral, através do aumento da força normal e também através da energia gasta pela ponta para arrastar ou deformar o capilar durante seu deslocamento sobre a superfície. O efeito da cinética de condensação capilar da água sobre a fricção foi também estudado. É mostrado que a molhabilidade é determinante para a definição dos mecanismos da dissipação de energia entre as nanoasperezas. Apresentamos também a influência da hidrofobicidade superficial no coeficiente de atrito. A correlação observada entre o ângulo de contato e o coeficiente de atrito reforça a importância da cinética da condensação capilar nos processos de fricção que ocorre na escala de nanômetros. / [en] In this work, the procedures developed to the calibration of the AFM photodetector and cantilevers for lateral force measurements in our AFM is presented. A Matlab code that controls the microscope allows the study of the influence of the normal force on the lateral one. A second Matlab code was developed in order to study the adhesion forces in an automated way. We present and discuss the influence of the surface free energy on the friction and adhesion forces. In this work, the lateral forces were measured at hydrophilic and hydrophobic surfaces. It was observed that the nano asperities may form single asperity contacts described by the Hertz model as well as multi-asperity type of contacts described by the Greenwood model. The nanoasperity contact may be controlled by the wettability and ambient relative humidity. It is seen that the capillar formed between the tip and the surface influences the tip-surface normal force and the friction forces due to the dissipation of energy caused by the drag or brake of the capillar meniscous. The effect of capillary condensation kinetics was studied as well. It is shown that the surface wettability is determinant to the energy dissipation mechanism in nanoscale. The influence of the surface wettability on the friction coefficient is presented. The observed correlation between the friction coefficient and contact angle enhances the influence of the surface wettability and its kinetics in the friction forces at nanoscale.