摩擦是生活中常見(jiàn)的物理現象，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(chēng)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(guò)結構潤滑和連續滑動(dòng)兩種方式來(lái)實(shí)現超低摩擦。結構潤滑通過(guò)構建非公度界面結構，有效地降低滑動(dòng)能壘實(shí)現低摩擦；當滑動(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-滑運動(dòng)，從而實(shí)現超低能量耗散的連續滑動(dòng)。實(shí)現這些超低摩擦運動(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道。
中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所固體潤滑國家重點(diǎn)實(shí)驗室低維材料摩擦學(xué)課題組從表面間的基礎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)為研究對象，通過(guò)對多個(gè)體系的第一性原理計算發(fā)展了一種實(shí)現超低摩擦的新策略。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的滑動(dòng)能壘塌縮至消失的物理現象，表現為相鄰位置相互作用勢曲線(xiàn)的交叉行為。通過(guò)界面極化的電荷密度分析，發(fā)現范德華吸引是產(chǎn)生該行為的內在機制。相對于高載荷下的摩擦塌縮，這種低載荷誘導的超低摩擦更易于在石英晶體微天平實(shí)驗中被證實(shí)。
該研究具有一定的普適性，表明經(jīng)典的阿芒頓摩擦定律在納米尺度下的失效，體現了納米摩擦反常于直覺(jué)經(jīng)驗的一面，并基于此提出了一種實(shí)現超低摩擦的新策略，為實(shí)現零摩擦提供了可能性。
圖1. 界面吸引作用誘導的勢能交叉（左），最優(yōu)滑動(dòng)路徑上勢能面的平坦化（中），臨界吸引力誘發(fā)的零摩擦超滑（右）
圖2. 界面吸引誘導零摩擦超滑態(tài)的示意圖 資料來(lái)源：蘭州化學(xué)物理研究所
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