摩擦是生活中常見的物理現象，源于滑動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性能的競爭。界面阻力極低的狀態稱為超低摩擦，是摩擦學中的重要課題之一。目前，學術界主要通過結構潤滑和連續滑動兩種方式來實現超低摩擦。結構潤滑通過構建非公度界面結構，有效地降低滑動能壘實現低摩擦；當滑動能壘的有效剛度低于體系自身的本征剛度時，滑動可以避免高能量耗散的粘-滑運動，從而實現超低能量耗散的連續滑動。實現這些超低摩擦運動模式的核心是減小滑動路徑上的能壘。但是，零勢壘的超低摩擦卻鮮有報道。
中國科學院蘭州化學物理研究所固體潤滑國家重點實驗室低維材料摩擦學課題組從表面間的基礎相互作用范德華吸引出發，以稀有氣體層在金屬表面的滑動為研究對象，通過對多個體系的第一性原理計算發展了一種實現超低摩擦的新策略。這種超低摩擦態源于在表面間最易滑動路徑上臨界壓力誘導的滑動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的交叉行為。通過界面極化的電荷密度分析，發現范德華吸引是產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驗中被證實。
該研究具有一定的普適性，表明經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經驗的一面，并基于此提出了一種實現超低摩擦的新策略，為實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），最優滑動路徑上勢能面的平坦化（中），臨界吸引力誘發的零摩擦超滑（右）
圖2. 界面吸引誘導零摩擦超滑態的示意圖 資料來源：蘭州化學物理研究所
更多精彩！歡迎掃描下方二維碼關注中國粉體技術網官方微信（粉體技術網）
|
