蘭州化物所提出實(shí)現(xiàn)超低摩擦新策略

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曉木蟲

蘭州化物所提出實(shí)現(xiàn)超低摩擦新策略

摘要: 　　摩擦是生活中常見的物理現(xiàn)象，源于滑動(dòng)界面上離散原子間的相互阻礙作用，其能量耗散模式取決于滑移能壘與自身力學(xué)性能的競爭。界面阻力極低的狀態(tài)稱為超低摩擦，是摩擦學(xué)中的重要課題之一。目前，學(xué)術(shù)界主要通過 ...

　　摩擦是生活中常見的物理現(xiàn)象，源于滑動(dòng)界面上離散原子間的相互阻礙作用，其能量耗散模式取決于滑移能壘與自身力學(xué)性能的競爭。界面阻力極低的狀態(tài)稱為超低摩擦，是摩擦學(xué)中的重要課題之一。目前，學(xué)術(shù)界主要通過結(jié)構(gòu)潤滑和連續(xù)滑動(dòng)兩種方式來實(shí)現(xiàn)超低摩擦。結(jié)構(gòu)潤滑通過構(gòu)建非公度界面結(jié)構(gòu)，有效地降低滑動(dòng)能壘實(shí)現(xiàn)低摩擦；當(dāng)滑動(dòng)能壘的有效剛度低于體系自身的本征剛度時(shí)，滑動(dòng)可以避免高能量耗散的粘-滑運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)超低能量耗散的連續(xù)滑動(dòng)。實(shí)現(xiàn)這些超低摩擦運(yùn)動(dòng)模式的核心是減小滑動(dòng)路徑上的能壘。但是，零勢壘的超低摩擦卻鮮有報(bào)道。
　　中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理學(xué)習(xí)所固體潤滑國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室低維材料摩擦學(xué)課題組從表面間的基礎(chǔ)相互作用范德華吸引出發(fā)，以稀有氣體層在金屬表面的滑動(dòng)為學(xué)習(xí)對象，通過對多個(gè)體系的第一性原理計(jì)算發(fā)展了一種實(shí)現(xiàn)超低摩擦的新策略。這種超低摩擦態(tài)源于在表面間最易滑動(dòng)路徑上臨界壓力誘導(dǎo)的滑動(dòng)能壘塌縮至消失的物理現(xiàn)象，表現(xiàn)為相鄰位置相互作用勢曲線的交叉行為。通過界面極化的電荷密度分析，發(fā)現(xiàn)范德華吸引是產(chǎn)生該行為的內(nèi)在機(jī)制。相對于高載荷下的摩擦塌縮，這種低載荷誘導(dǎo)的超低摩擦更易于在石英晶體微天平實(shí)驗(yàn)中被證實(shí)。
　　該學(xué)習(xí)具有一定的普適性，表明經(jīng)典的阿芒頓摩擦定律在納米尺度下的失效，體現(xiàn)了納米摩擦反常于直覺經(jīng)驗(yàn)的一面，并基于此提出了一種實(shí)現(xiàn)超低摩擦的新策略，為實(shí)現(xiàn)零摩擦提供了可能性。學(xué)習(xí)結(jié)果作為內(nèi)封面論文發(fā)表于Phys. Chem. Chem. Phys.， 2017， 19， 11026--11031。