清華大學(xué)鄭泉水課題組研討發(fā)明“高速超光滑” -編號(hào):FY821sK

2015-03-02 09:07 來(lái)源：http://m.sustainablelifeonearth.com/ 閱讀：次

　　沒有摩擦的世界是很難設(shè)想的。摩擦為鞋子跟輪胎供給了向先驅(qū)動(dòng)的抓地力。不摩擦，公路將會(huì)如冰面一樣滑。然而摩擦更會(huì)導(dǎo)致宏大的能量糟蹋。為了減少這種揮霍，潤(rùn)滑劑在從鉸鏈到汽車引擎等很多范疇被普遍利用，并且價(jià)錢不菲。然而，只管有潤(rùn)滑技巧，寰球仍有約三分之一的用于運(yùn)輸?shù)娜剂夏茉春馁M(fèi)在戰(zhàn)勝摩擦上，并沒有提供有效的功率。

　　清華新聞網(wǎng)7月8日電近日，清華大學(xué)微納米力學(xué)核心（CNMM）主任鄭泉水教授主持的課題組在美國(guó)《物理評(píng)論快報(bào)》（Physical Review Letters）上發(fā)表文章（J. Yang et al., 110, 255504 (2013)）展現(xiàn)了一種理論概念“超潤(rùn)滑”現(xiàn)象的可實(shí)用性，即在微米尺度和米每秒的宏觀速度下將摩擦下降至簡(jiǎn)直為0。該工作被美國(guó)物理學(xué)會(huì)（APS）消息網(wǎng)站Physics重點(diǎn)報(bào)道。論文第一作者為清華大學(xué)微納米力學(xué)中央博士生楊佳瑞。

清華大學(xué)鄭泉水課題組研究發(fā)現(xiàn)“高速超潤(rùn)滑”

　　將來(lái)可能的運(yùn)用包含小型化的硬盤讀寫磁頭、用于無(wú)線通信的高頻振蕩器以及其余依附高速運(yùn)動(dòng)的微器件。

　　在這項(xiàng)工作之前，超潤(rùn)滑的試驗(yàn)只能在微米每秒的速度下進(jìn)行，大抵等同于蝸牛的匍匐速度。而且這些實(shí)驗(yàn)前提刻薄，請(qǐng)求超高真空以及納米級(jí)的接觸點(diǎn)。對(duì)此鄭泉水傳授評(píng)論道：“在如斯大的尺度下視察到高速超潤(rùn)滑，并且是在普通的大氣環(huán)境下，這為超潤(rùn)滑概念提供了適用化的可能。”

　　該課題組之前曾報(bào)道過(guò)單晶石墨片在解理滑移后的自發(fā)還還原位的現(xiàn)象,清華大學(xué)總裁，簡(jiǎn)稱自回復(fù)現(xiàn)象。

　　這種自回復(fù)現(xiàn)象起源于石墨片的解理面通常為滾動(dòng)晶界，也就是說(shuō)解理面上下層原子的晶格處于失配狀況。因而高低表面在發(fā)生相對(duì)滑移時(shí)受到的摩擦力多少乎為0。這種由晶格失配導(dǎo)致的打消摩擦的現(xiàn)象恰是超潤(rùn)滑的定義。

　　當(dāng)體系尺寸縮小到微芯片的大小時(shí)，情形就變得更糟。在微觀尺度，物體極高的名義積-體積比，使得摩擦這種表面景象變得十分明顯，進(jìn)而大大妨礙了物體的活動(dòng)。另一方面，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)的起因，在微器件中參加光滑劑是非常艱苦的。

　　在最新的這項(xiàng)與以色列特拉維夫大學(xué)的摩擦實(shí)踐專家Michael Urbakh的配合研究中，楊佳瑞基于激光刀口法樹立了一套檢測(cè)石墨片自回復(fù)運(yùn)動(dòng)的裝備，并勝利的丈量了其速度。Urbakh教學(xué)對(duì)此評(píng)估道：“我已經(jīng)研討超潤(rùn)滑的理論多年，在一般的光學(xué)顯微鏡下察看到這種效應(yīng)將該領(lǐng)域向前推動(dòng)了一大步。”

　　清華大學(xué)和特拉維夫大學(xué)的研究人員協(xié)作發(fā)明，底本僅限于學(xué)術(shù)領(lǐng)域的超潤(rùn)滑現(xiàn)象可以讓微器件以90公里每小時(shí)的速度產(chǎn)生絕對(duì)滑動(dòng)，快如高速公路上的汽車。

供稿：航天航空學(xué)院編纂：范麗

　　實(shí)驗(yàn)成果表明，一個(gè)邊長(zhǎng)為3微米的方形石墨納米級(jí)薄片在自回復(fù)運(yùn)動(dòng)中能夠到達(dá)25 m/s（90公里每小時(shí)）的滑動(dòng)速度。有趣的是，這一最高速度是在將石墨片加熱到100攝氏度以上才干達(dá)到。研究職員對(duì)此現(xiàn)象的說(shuō)明是，溫度的升高增添了石墨片原子的振動(dòng)，輔助它克服了由不可防止的界面缺點(diǎn)導(dǎo)致的阻礙滑動(dòng)的勢(shì)壘。

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