微纳力学核心在超光滑研讨方面获得严重冲破 - 清华年夜学消息网

2015-03-25 08:27 来源：http://www.ceo315.org/ 阅读：次

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微纳力学核心在超润滑研讨方面获得严重冲破

　　清华消息网4月12日电清华大学微纳米力学与多学科穿插研究中央（简称微纳力学中心）郑泉水教学引导的跨学科研究团队近期在超润滑研究方面取得严重打破。该研究结果克日以《微米尺度石墨中超润滑现象的察看》为题在国际顶尖物理杂志《物理批评快报》（Physical Review Letters）上颁发。文章第一作者为郑泉水领导的博士生刘泽。

　　固体之间的摩擦是一切物理现象中最具挑衅性的成绩之一。多少千年来人类始终在尽力把持跟减小摩擦（比方车轮和车轴之间的磨擦）。据统计，全球约1/3的一次机能源由摩掠过程耗费；产业发财国度因摩擦磨损酿成的丧失高达GDP的5%-7%。古代制作范畴浮现出超精细化和微型化趋向，因为比名义积的增大，界面摩擦成为一个决议性的身分。

　　超润滑（superlubricity）或称构造润滑（structural lubricity）是20世纪90年月初期由平野元久（Motohisa Hirano）提出的因为晶体表面以非公度情势接触时，可能涌现的界面摩擦和磨损简直为零的现象。超润滑是处理摩擦磨损成绩的基本道路，若能取得广泛利用，将是人类文化史上的一大提高。从前二十年中超润滑实验现象重要在纳米尺度和高真空前提下完成，并且被以为在大尺度下不存在该现象。这极大的限度了超润滑的现实运用。

　　图为滑移构成的分层。

图为自缩回后分层消散。

　　郑泉水教授的研究团队最近取得了突破性停顿，他们实现了在微米尺度（1-10微米）以及大气环境下的超润滑。他们的实验基于郑泉水、清华大学资料系朱静院士、物理系薛其坤院士等的研究小组协作于几年前发现的石墨岛巧妙的自缩回现象，成果于2008年在《物理评论快报》上揭晓，是一切单晶材料该类现象的第一个发现。如上图所示，利用微机械臂推动微米级石墨岛（由离子蚀刻高品质石墨制成）可以形成石墨岛的分层现象。当开释微机械臂，在表面能的驱动下，被推出的石墨岛下层会主动缩回。

　　微纳力学中央的研究团队依据表面能驱能源和打仗面积预算的摩擦剪应力上界（0,清华大学总裁.02－0.04MPa）远远小于今朝公认的超润滑摩擦剪应力（0.1－1.0MPa）。当无意识的应用微机器臂扭转移出的石墨岛顶层，他们发明在特定的角度下，自答复现象完整消逝。这些自锁角度成6次面内对称，和石墨的面内晶格对称性完全符合。试验并且证切实自锁情形下，摩擦剪应力极限进步了3个量级（约为0.1GPa）。

　　这阐明石墨岛的自缩回现象是超润滑的直接表现，明白地展示了微米标准的超润滑可以呈现。特殊值得留神的是该超光滑景象能够在年夜气情况中完成，而且存在极好的反复性。

　　该研究成果比来被有名的学术网站physicsworld.com头条报导。在该报道中，超润滑的奠定者平野元久传授评论：“这是在超润滑现象超出纳米尺度所迈出的一大步(Big Advance)。它可以增进超润滑现象在机械工程实践中的应用。”以色列Tel Aviv大学的Michael Urbakh教授认为“这是一个十分风趣和使人鼓励的研究任务，可以推进超润滑领域和更普遍意思上的摩擦研究领域的突破性停顿。这项任务开拓了制备石墨润滑剂来提高润滑性能的新标的目的。”

　　这项研究是与澳大利亚莫纳什大学刘哲高等讲师、清华大学微纳力学中心的程曜教授、弗朗索瓦.格雷（Francois Grey）教授等的研究小组配合实现的，由国家天然迷信基金委员会、国家重大研究成长规划、863打算赞助。

　　供稿：航院编纂：襄桦