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中科院揭示实现超低摩擦新策略!
李明 2017-06-11
导语

中国科学院兰州化学物理研究所从表面间的基础相互作用范德华吸引出发,以稀有气体层在金属表面的滑动为研究对象,通过对多个体系的第一性原理计算发展了一种实现超低摩擦的新策略。

图:界面吸引诱导零摩擦超滑态的示意图

摩擦是生活中常见的物理现象,源于滑动界面上离散原子间的相互阻碍作用,其能量耗散模式取决于滑移能垒与自身力学性能的竞争。界面阻力极低的状态称为超低摩擦,是摩擦学中的重要课题之一。

目前,学术界主要通过结构润滑和连续滑动两种方式来实现超低摩擦。结构润滑通过构建非公度界面结构,有效地降低滑动能垒实现低摩擦;当滑动能垒的有效刚度低于体系自身的本征刚度时,滑动可以避免高能量耗散的粘-滑运动,从而实现超低能量耗散的连续滑动。实现这些超低摩擦运动模式的核心是减小滑动路径上的能垒。但是,零势垒的超低摩擦却鲜有报道。

中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室低维材料摩擦学课题组从表面间的基础相互作用范德华吸引出发,以稀有气体层在金属表面的滑动为研究对象,通过对多个体系的第一性原理计算发展了一种实现超低摩擦的新策略。

 

图:界面吸引作用诱导的势能交叉(左),最优滑动路径上势能面的平坦化(中),临界吸引力诱发的零摩擦超滑(右)

这种超低摩擦态源于在表面间最易滑动路径上临界压力诱导的滑动能垒塌缩至消失的物理现象,表现为相邻位置相互作用势曲线的交叉行为。通过界面极化的电荷密度分析,发现范德华吸引是产生该行为的内在机制。相对于高载荷下的摩擦塌缩,这种低载荷诱导的超低摩擦更易于在石英晶体微天平实验中被证实。

该研究具有一定的普适性,表明经典的阿芒顿摩擦定律在纳米尺度下的失效,体现了纳米摩擦反常于直觉经验的一面,并基于此提出了一种实现超低摩擦的新策略,为实现零摩擦提供了可能性。

文章链接:

Junhui Sun, et al, "Attraction induced frictionless sliding of rare gas monolayer on metallic surfaces: an efficient strategy for superlubricity," Phys. Chem. Chem. Phys., 2017,19, 11026-11031, DOI: 10.1039/C6CP08857K

(本文来源:中国科学院兰州化学物理研究所;)

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  • 超低摩擦
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作者 李明

博士生

北京航空航天大学

活跃作者
  • 爱因斯坦 科研工作者 北京航空航天大学 博士
  • 梅西 本科生 北京工业大学 本科
  • 金陵 本科生 北京大学 本科


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