微納力學(xué)核心在超光滑研討方面獲得嚴(yán)重沖破 - 清華年夜學(xué)消息網(wǎng)

2015-03-25 08:27 來(lái)源：http://m.elinglong.com/ 閱讀：次

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微納力學(xué)核心在超潤(rùn)滑研討方面獲得嚴(yán)重沖破

　　清華消息網(wǎng)4月12日電清華大學(xué)微納米力學(xué)與多學(xué)科穿插研究中央（簡(jiǎn)稱(chēng)微納力學(xué)中心）鄭泉水教學(xué)引導(dǎo)的跨學(xué)科研究團(tuán)隊(duì)近期在超潤(rùn)滑研究方面取得嚴(yán)重打破。該研究結(jié)果克日以《微米尺度石墨中超潤(rùn)滑現(xiàn)象的察看》為題在國(guó)際頂尖物理雜志《物理批評(píng)快報(bào)》（Physical Review Letters）上頒發(fā)。文章第一作者為鄭泉水領(lǐng)導(dǎo)的博士生劉澤。

　　固體之間的摩擦是一切物理現(xiàn)象中最具挑釁性的成績(jī)之一。多少千年來(lái)人類(lèi)始終在盡力把持跟減小摩擦（比方車(chē)輪和車(chē)軸之間的磨擦）。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球約1/3的一次機(jī)能源由摩掠過(guò)程耗費(fèi)；產(chǎn)業(yè)發(fā)財(cái)國(guó)度因摩擦磨損釀成的喪失高達(dá)GDP的5%-7%。古代制作范疇浮現(xiàn)出超精細(xì)化和微型化趨向，因?yàn)楸让x積的增大，界面摩擦成為一個(gè)決議性的身分。

　　超潤(rùn)滑（superlubricity）或稱(chēng)構(gòu)造潤(rùn)滑（structural lubricity）是20世紀(jì)90年月初期由平野元久（Motohisa Hirano）提出的因?yàn)榫w表面以非公度情勢(shì)接觸時(shí)，可能涌現(xiàn)的界面摩擦和磨損簡(jiǎn)直為零的現(xiàn)象。超潤(rùn)滑是處理摩擦磨損成績(jī)的基本道路，若能取得廣泛利用，將是人類(lèi)文化史上的一大提高。從前二十年中超潤(rùn)滑實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象重要在納米尺度和高真空前提下完成，并且被以為在大尺度下不存在該現(xiàn)象。這極大的限度了超潤(rùn)滑的現(xiàn)實(shí)運(yùn)用。

　　圖為滑移構(gòu)成的分層。

圖為自縮回后分層消散。

　　鄭泉水教授的研究團(tuán)隊(duì)最近取得了突破性停頓，他們實(shí)現(xiàn)了在微米尺度（1-10微米）以及大氣環(huán)境下的超潤(rùn)滑。他們的實(shí)驗(yàn)基于鄭泉水、清華大學(xué)資料系朱靜院士、物理系薛其坤院士等的研究小組協(xié)作于幾年前發(fā)現(xiàn)的石墨島巧妙的自縮回現(xiàn)象，成果于2008年在《物理評(píng)論快報(bào)》上揭曉，是一切單晶材料該類(lèi)現(xiàn)象的第一個(gè)發(fā)現(xiàn)。如上圖所示，利用微機(jī)械臂推動(dòng)微米級(jí)石墨島（由離子蝕刻高品質(zhì)石墨制成）可以形成石墨島的分層現(xiàn)象。當(dāng)開(kāi)釋微機(jī)械臂，在表面能的驅(qū)動(dòng)下，被推出的石墨島下層會(huì)主動(dòng)縮回。

　　微納力學(xué)中央的研究團(tuán)隊(duì)依據(jù)表面能驅(qū)能源和打仗面積預(yù)算的摩擦剪應(yīng)力上界（0,清華大學(xué)總裁.02－0.04MPa）遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于今朝公認(rèn)的超潤(rùn)滑摩擦剪應(yīng)力（0.1－1.0MPa）。當(dāng)無(wú)意識(shí)的應(yīng)用微機(jī)器臂扭轉(zhuǎn)移出的石墨島頂層，他們發(fā)明在特定的角度下，自答復(fù)現(xiàn)象完整消逝。這些自鎖角度成6次面內(nèi)對(duì)稱(chēng)，和石墨的面內(nèi)晶格對(duì)稱(chēng)性完全符合。試驗(yàn)并且證切實(shí)自鎖情形下，摩擦剪應(yīng)力極限進(jìn)步了3個(gè)量級(jí)（約為0.1GPa）。

　　這闡明石墨島的自縮回現(xiàn)象是超潤(rùn)滑的直接表現(xiàn)，明白地展示了微米標(biāo)準(zhǔn)的超潤(rùn)滑可以呈現(xiàn)。特殊值得留神的是該超光滑景象能夠在年夜氣情況中完成，而且存在極好的反復(fù)性。

　　該研究成果比來(lái)被有名的學(xué)術(shù)網(wǎng)站physicsworld.com頭條報(bào)導(dǎo)。在該報(bào)道中，超潤(rùn)滑的奠定者平野元久傳授評(píng)論：“這是在超潤(rùn)滑現(xiàn)象超出納米尺度所邁出的一大步(Big Advance)。它可以增進(jìn)超潤(rùn)滑現(xiàn)象在機(jī)械工程實(shí)踐中的應(yīng)用。”以色列Tel Aviv大學(xué)的Michael Urbakh教授認(rèn)為“這是一個(gè)十分風(fēng)趣和使人鼓勵(lì)的研究任務(wù)，可以推進(jìn)超潤(rùn)滑領(lǐng)域和更普遍意思上的摩擦研究領(lǐng)域的突破性停頓。這項(xiàng)任務(wù)開(kāi)拓了制備石墨潤(rùn)滑劑來(lái)提高潤(rùn)滑性能的新標(biāo)的目的。”

　　這項(xiàng)研究是與澳大利亞莫納什大學(xué)劉哲高等講師、清華大學(xué)微納力學(xué)中心的程曜教授、弗朗索瓦.格雷（Francois Grey）教授等的研究小組配合實(shí)現(xiàn)的，由國(guó)家天然迷信基金委員會(huì)、國(guó)家重大研究成長(zhǎng)規(guī)劃、863打算贊助。

　　供稿：航院編纂：襄樺