Load-Independent Friction: MoO3 Nanocrystal Lubricants

Journal of Physical Chemistry B

Volumn 103, Issue 40, 1999, Pages 8405-8409

  Wang, Jianfang ^a   Rose, Kai C ^a   Lieber, Charles M ^a  

^a HARVARD UNIVERSITY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

EID: 0346614750     PISSN: 15206106     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp9920794     Document Type: Article

References (48)

1. Bowden, F. P.; Tabor, D. The Friction and Lubrication of Solids; Clarendon: Oxford, 1954; Part II.
2. Fundamentals of Friction: Macroscopic and Microscopic Processes; Singer, I. L., Pollock, H. M., Eds.; Kluwer: Dordrecht, 1992.
3. Handbook of Micro/Nanotribology; Bhushan, B., Ed.; CRC Press: Boca Raton, FL, 1995. Tribology Issues and Opportunities in MEMS; Bhushan, B., Ed.; Kluwer: Boston, 1998.
4. Handbook of Micro/Nanotribology; Bhushan, B., Ed.; CRC Press: Boca Raton, FL, 1995. Tribology Issues and Opportunities in MEMS; Bhushan, B., Ed.; Kluwer: Boston, 1998.
5. Singer, I. L. J. Vac. Sci. Technol. A 1994, 12, 2605. Bhushan, B.; Israelachvili, J. N.; Landman, U. Nature 1995, 374, 607. Krim, J. Sci. Am. 1996, 275, 74. Rozman, M. G.; Urbakh, M.; Klafter, J.; Elmer, F.-J. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 7924. Harrison, J. A.; Perry, S. S. MRS Bulletin 1998, 23, 27. Landman, U. Solid State Commun. 1998, 107, 693.
6. Singer, I. L. J. Vac. Sci. Technol. A 1994, 12, 2605. Bhushan, B.; Israelachvili, J. N.; Landman, U. Nature 1995, 374, 607. Krim, J. Sci. Am. 1996, 275, 74. Rozman, M. G.; Urbakh, M.; Klafter, J.; Elmer, F.-J. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 7924. Harrison, J. A.; Perry, S. S. MRS Bulletin 1998, 23, 27. Landman, U. Solid State Commun. 1998, 107, 693.
7. Singer, I. L. J. Vac. Sci. Technol. A 1994, 12, 2605. Bhushan, B.; Israelachvili, J. N.; Landman, U. Nature 1995, 374, 607. Krim, J. Sci. Am. 1996, 275, 74. Rozman, M. G.; Urbakh, M.; Klafter, J.; Elmer, F.-J. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 7924. Harrison, J. A.; Perry, S. S. MRS Bulletin 1998, 23, 27. Landman, U. Solid State Commun. 1998, 107, 693.
8. Singer, I. L. J. Vac. Sci. Technol. A 1994, 12, 2605. Bhushan, B.; Israelachvili, J. N.; Landman, U. Nature 1995, 374, 607. Krim, J. Sci. Am. 1996, 275, 74. Rozman, M. G.; Urbakh, M.; Klafter, J.; Elmer, F.-J. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 7924. Harrison, J. A.; Perry, S. S. MRS Bulletin 1998, 23, 27. Landman, U. Solid State Commun. 1998, 107, 693.
9. Singer, I. L. J. Vac. Sci. Technol. A 1994, 12, 2605. Bhushan, B.; Israelachvili, J. N.; Landman, U. Nature 1995, 374, 607. Krim, J. Sci. Am. 1996, 275, 74. Rozman, M. G.; Urbakh, M.; Klafter, J.; Elmer, F.-J. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 7924. Harrison, J. A.; Perry, S. S. MRS Bulletin 1998, 23, 27. Landman, U. Solid State Commun. 1998, 107, 693.
10. Singer, I. L. J. Vac. Sci. Technol. A 1994, 12, 2605. Bhushan, B.; Israelachvili, J. N.; Landman, U. Nature 1995, 374, 607. Krim, J. Sci. Am. 1996, 275, 74. Rozman, M. G.; Urbakh, M.; Klafter, J.; Elmer, F.-J. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 7924. Harrison, J. A.; Perry, S. S. MRS Bulletin 1998, 23, 27. Landman, U. Solid State Commun. 1998, 107, 693.
11. Mate, C. M. IBM J. Res. Dev. 1995, 39, 617. Carpick, R. W.; Salmeron, M. Chem. Rev. 1997, 97, 1163.
12. Mate, C. M. IBM J. Res. Dev. 1995, 39, 617. Carpick, R. W.; Salmeron, M. Chem. Rev. 1997, 97, 1163.
13. Mate, C. M.; McClelland, G. M.; Erlandsson, R.; Chiang, S. Phys. Rev. Lett. 1987, 59, 1942.
14. Overney, R. M.; Takano, H.; Fujihira, M.; Paulus, W.; Ringsdorf, H. Phys. Rev. Lett. 1994, 72, 3546.
15. Carpick, R. W.; Agraït, N.; Ogletree, D. F.; Salmeron, M. J. Vac. Sci. Technol. B 1996, 14, 1289. Carpick, R. W ; Agraït, N.; Ogletree, D. F.; Salmeron, M. Langmuir 1996, 12, 3334. Meyer, E.; Lüthi, R.; Howald, L.; Bammerlin, M.; Guggisberg, M.; Güntherodt, H.-J. J. Vac, Sci. Technol. B 1996, 14, 1285.
16. Carpick, R. W.; Agraït, N.; Ogletree, D. F.; Salmeron, M. J. Vac. Sci. Technol. B 1996, 14, 1289. Carpick, R. W ; Agraït, N.; Ogletree, D. F.; Salmeron, M. Langmuir 1996, 12, 3334. Meyer, E.; Lüthi, R.; Howald, L.; Bammerlin, M.; Guggisberg, M.; Güntherodt, H.-J. J. Vac, Sci. Technol. B 1996, 14, 1285.
17. Carpick, R. W.; Agraït, N.; Ogletree, D. F.; Salmeron, M. J. Vac. Sci. Technol. B 1996, 14, 1289. Carpick, R. W ; Agraït, N.; Ogletree, D. F.; Salmeron, M. Langmuir 1996, 12, 3334. Meyer, E.; Lüthi, R.; Howald, L.; Bammerlin, M.; Guggisberg, M.; Güntherodt, H.-J. J. Vac, Sci. Technol. B 1996, 14, 1285.
18. Lantz, M. A.; O'Shea, S. J.; Weiland, M. E.; Johnson, K. L. Phys. Rev. B 1997, 55, 10776. Enachescu, M.; van den Oetelaar, R. J. A.; Carpick, R. W.; Ogletree, D. F.; Flipse, C. F. J.; Salmeron, M. Phys. Rev. Lett. 1998, 81, 1877.
19. Lantz, M. A.; O'Shea, S. J.; Weiland, M. E.; Johnson, K. L. Phys. Rev. B 1997, 55, 10776. Enachescu, M.; van den Oetelaar, R. J. A.; Carpick, R. W.; Ogletree, D. F.; Flipse, C. F. J.; Salmeron, M. Phys. Rev. Lett. 1998, 81, 1877.
20. Schwarz, U. D.; Zwörner, O.; Köster, P.; Wiesendanger, R. Phys. Rev. B 1997, 56, 6987; and Phys. Rev. B 1997, 56, 6997. Schwarz, U. D.; Allers, W.; Gensterblum, G.; Wiesendanger, R. Phys. Rev. B 1995, 52, 14976.
21. Schwarz, U. D.; Zwörner, O.; Köster, P.; Wiesendanger, R. Phys. Rev. B 1997, 56, 6987; and Phys. Rev. B 1997, 56, 6997. Schwarz, U. D.; Allers, W.; Gensterblum, G.; Wiesendanger, R. Phys. Rev. B 1995, 52, 14976.
22. Schwarz, U. D.; Zwörner, O.; Köster, P.; Wiesendanger, R. Phys. Rev. B 1997, 56, 6987; and Phys. Rev. B 1997, 56, 6997. Schwarz, U. D.; Allers, W.; Gensterblum, G.; Wiesendanger, R. Phys. Rev. B 1995, 52, 14976.
23. Frisbie, C. D.; Rozsnyai, L. F.; Noy, A.; Wrighton, M. S.; Lieber, C. M. Science 1994, 265, 2071. Noy, A.; Frisbie, C. D.; Rozsnyai, L. F.; Wrighton, M. S.; Lieber, C. M. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 7943. Vezenov, D. V.; Noy, A.; Rozsnyai, L. F.; Lieber, C. M. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 2006.
24. Frisbie, C. D.; Rozsnyai, L. F.; Noy, A.; Wrighton, M. S.; Lieber, C. M. Science 1994, 265, 2071. Noy, A.; Frisbie, C. D.; Rozsnyai, L. F.; Wrighton, M. S.; Lieber, C. M. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 7943. Vezenov, D. V.; Noy, A.; Rozsnyai, L. F.; Lieber, C. M. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 2006.
25. Frisbie, C. D.; Rozsnyai, L. F.; Noy, A.; Wrighton, M. S.; Lieber, C. M. Science 1994, 265, 2071. Noy, A.; Frisbie, C. D.; Rozsnyai, L. F.; Wrighton, M. S.; Lieber, C. M. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 7943. Vezenov, D. V.; Noy, A.; Rozsnyai, L. F.; Lieber, C. M. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 2006.
26. Overney, R. M.; Meyer, E.; Frommer, J.; Güntherodt, H.-J.; Fujihira, M.; Takano, H.; Gotoh, Y. Langmuir 1994, 10, 1281. Green, J. B. D.; McDermott, M. T.; Porter, M. D.; Siperko, L. M. J. Phys. Chem. 1995, 99, 10960. Marti, A.; Hahner, G.; Spencer, N. D. Langmuir 1995, 11, 4632. Sinniah, S. K.; Steel, A. B.; Miller, C. J.; Reutt-Robey, J. E. J. Am. Chem. Soc, 1996, 118, 8925. Kim, H. I.; Koini, T.; Lee, T. R.; Perry, S. S. Langmuir 1997, 13, 7192. Burns, A. R.; Houston, J. E.; Carpick, R. W.; Michalske, T. A. Phys. Rev. Lett. 1999, 82, 1181.
27. Overney, R. M.; Meyer, E.; Frommer, J.; Güntherodt, H.-J.; Fujihira, M.; Takano, H.; Gotoh, Y. Langmuir 1994, 10, 1281. Green, J. B. D.; McDermott, M. T.; Porter, M. D.; Siperko, L. M. J. Phys. Chem. 1995, 99, 10960. Marti, A.; Hahner, G.; Spencer, N. D. Langmuir 1995, 11, 4632. Sinniah, S. K.; Steel, A. B.; Miller, C. J.; Reutt-Robey, J. E. J. Am. Chem. Soc, 1996, 118, 8925. Kim, H. I.; Koini, T.; Lee, T. R.; Perry, S. S. Langmuir 1997, 13, 7192. Burns, A. R.; Houston, J. E.; Carpick, R. W.; Michalske, T. A. Phys. Rev. Lett. 1999, 82, 1181.
28. Overney, R. M.; Meyer, E.; Frommer, J.; Güntherodt, H.-J.; Fujihira, M.; Takano, H.; Gotoh, Y. Langmuir 1994, 10, 1281. Green, J. B. D.; McDermott, M. T.; Porter, M. D.; Siperko, L. M. J. Phys. Chem. 1995, 99, 10960. Marti, A.; Hahner, G.; Spencer, N. D. Langmuir 1995, 11, 4632. Sinniah, S. K.; Steel, A. B.; Miller, C. J.; Reutt-Robey, J. E. J. Am. Chem. Soc, 1996, 118, 8925. Kim, H. I.; Koini, T.; Lee, T. R.; Perry, S. S. Langmuir 1997, 13, 7192. Burns, A. R.; Houston, J. E.; Carpick, R. W.; Michalske, T. A. Phys. Rev. Lett. 1999, 82, 1181.
29. Overney, R. M.; Meyer, E.; Frommer, J.; Güntherodt, H.-J.; Fujihira, M.; Takano, H.; Gotoh, Y. Langmuir 1994, 10, 1281. Green, J. B. D.; McDermott, M. T.; Porter, M. D.; Siperko, L. M. J. Phys. Chem. 1995, 99, 10960. Marti, A.; Hahner, G.; Spencer, N. D. Langmuir 1995, 11, 4632. Sinniah, S. K.; Steel, A. B.; Miller, C. J.; Reutt-Robey, J. E. J. Am. Chem. Soc, 1996, 118, 8925. Kim, H. I.; Koini, T.; Lee, T. R.; Perry, S. S. Langmuir 1997, 13, 7192. Burns, A. R.; Houston, J. E.; Carpick, R. W.; Michalske, T. A. Phys. Rev. Lett. 1999, 82, 1181.
30. Overney, R. M.; Meyer, E.; Frommer, J.; Güntherodt, H.-J.; Fujihira, M.; Takano, H.; Gotoh, Y. Langmuir 1994, 10, 1281. Green, J. B. D.; McDermott, M. T.; Porter, M. D.; Siperko, L. M. J. Phys. Chem. 1995, 99, 10960. Marti, A.; Hahner, G.; Spencer, N. D. Langmuir 1995, 11, 4632. Sinniah, S. K.; Steel, A. B.; Miller, C. J.; Reutt-Robey, J. E. J. Am. Chem. Soc, 1996, 118, 8925. Kim, H. I.; Koini, T.; Lee, T. R.; Perry, S. S. Langmuir 1997, 13, 7192. Burns, A. R.; Houston, J. E.; Carpick, R. W.; Michalske, T. A. Phys. Rev. Lett. 1999, 82, 1181.
31. Overney, R. M.; Meyer, E.; Frommer, J.; Güntherodt, H.-J.; Fujihira, M.; Takano, H.; Gotoh, Y. Langmuir 1994, 10, 1281. Green, J. B. D.; McDermott, M. T.; Porter, M. D.; Siperko, L. M. J. Phys. Chem. 1995, 99, 10960. Marti, A.; Hahner, G.; Spencer, N. D. Langmuir 1995, 11, 4632. Sinniah, S. K.; Steel, A. B.; Miller, C. J.; Reutt-Robey, J. E. J. Am. Chem. Soc, 1996, 118, 8925. Kim, H. I.; Koini, T.; Lee, T. R.; Perry, S. S. Langmuir 1997, 13, 7192. Burns, A. R.; Houston, J. E.; Carpick, R. W.; Michalske, T. A. Phys. Rev. Lett. 1999, 82, 1181.
32. Sheehan, P. E.; Lieber, C. M. Science 1996, 272, 1158.
33. Kim, Y.; Lieber, C. M. Science 1992, 257, 375. Kim, Y. Ph.D. Thesis, Harvard University, Cambridge, MA, 1992.
34. Kim, Y.; Lieber, C. M. Science 1992, 257, 375. Kim, Y. Ph.D. Thesis, Harvard University, Cambridge, MA, 1992.
35. Hutter, J. L.; Bechhoefer, J. Rev. Sci. Instrum. 1993, 64, 1868.
36. Ogletree, D. F.; Carpick, R. W.; Salmeron, M. Rev. Sci. Instrum. 1996, 67, 3298.
37. Whangbo, M.-H.; Ren, J.; Magonov, S. N.; Bengel, H.; Parkinson, B. A.; Suna, A. Surf. Sci. 1995, 326, 311.
38. Ha, J. S.; Roh, H.-S.; Park, S.-J.; Yi, J.-Y.; Lee, E.-H. Surf. Sci. 1994, 315, 62.
39. 3 nanocrystals during scanning.
40. 3 nanocrystal size should also lead to a variation in the observed load-independent friction forces; that is, different nanocrystal areas will produce different constant friction values. The observed variation in load-independent friction (i.e., Figure 2, parts b and d, could arise from such variations. However, for a constant shear stress we would expect a greater variation of constant friction force (based on the 1-5 nm variation in nanocrystal size). Future transmission electron microscopy imaging studies of tips exhibiting load-independent friction should provide insight into this issue.
41. Singer, I. L.; Bolster, R. N.; Wegand, J.; Fayeulle, S.; Stupp, B. C. Appl. Phys. Lett. 1990, 57, 995. Grosseau-Poussard, J. L.; Moine, P.; Brendle, M. Thin Solid Films 1997, 307, 163.
42. Singer, I. L.; Bolster, R. N.; Wegand, J.; Fayeulle, S.; Stupp, B. C. Appl. Phys. Lett. 1990, 57, 995. Grosseau-Poussard, J. L.; Moine, P.; Brendle, M. Thin Solid Films 1997, 307, 163.
43. Lüthi, R.; Meyer, E.; Haefke, H.; Howald, L.; Gutmannsbauer, W.; Güntherodt, H.-J. Science 1994, 266, 1979.
44. Falvo, M. R.; Taylor, R. M., II; Heiser, A.; Chi, V.; Brooks, F. P., Jr.; Washburn, S.; Superfine, R. Nature 1999, 397, 236. Hertel, T.; Martel, R.; Avouris, P. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 910.
45. Falvo, M. R.; Taylor, R. M., II; Heiser, A.; Chi, V.; Brooks, F. P., Jr.; Washburn, S.; Superfine, R. Nature 1999, 397, 236. Hertel, T.; Martel, R.; Avouris, P. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 910.
46. Campbell, S. E.; Luengo, G.; Srdanov, V. I.; Wudl, F.; Israelachvili, J. N. Nature 1996, 382, 520.
47. Rapoport, L.; Bilik, Y.; Feldman, Y.; Homyonfer, M.; Cohen, S. R.; Tenne, R. Nature 1997, 387, 791.
48. 2 lattice directions. In the present work, preliminary studies of friction as a function of scan angle provide some evidence for anisotropy (i.e., expected 60° variation), although the effect is not reproducible. It is possible that facile reorientation of the small nanocrystals within the tip-sample contact precludes the observation of friction anisotropy in many cases.