微納力學核心在超光滑研討方面獲得嚴重沖破 - 清華年夜學消息網(wǎng)

2015-03-25 08:27 來源：http://m.sustainablelifeonearth.com/ 閱讀：次

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微納力學核心在超潤滑研討方面獲得嚴重沖破

　　清華消息網(wǎng)4月12日電清華大學微納米力學與多學科穿插研究中央（簡稱微納力學中心）鄭泉水教學引導的跨學科研究團隊近期在超潤滑研究方面取得嚴重打破。該研究結果克日以《微米尺度石墨中超潤滑現(xiàn)象的察看》為題在國際頂尖物理雜志《物理批評快報》（Physical Review Letters）上頒發(fā)。文章第一作者為鄭泉水領導的博士生劉澤。

　　固體之間的摩擦是一切物理現(xiàn)象中最具挑釁性的成績之一。多少千年來人類始終在盡力把持跟減小摩擦（比方車輪和車軸之間的磨擦）。據(jù)統(tǒng)計，全球約1/3的一次機能源由摩掠過程耗費；產業(yè)發(fā)財國度因摩擦磨損釀成的喪失高達GDP的5%-7%。古代制作范疇浮現(xiàn)出超精細化和微型化趨向，因為比名義積的增大，界面摩擦成為一個決議性的身分。

　　超潤滑（superlubricity）或稱構造潤滑（structural lubricity）是20世紀90年月初期由平野元久（Motohisa Hirano）提出的因為晶體表面以非公度情勢接觸時，可能涌現(xiàn)的界面摩擦和磨損簡直為零的現(xiàn)象。超潤滑是處理摩擦磨損成績的基本道路，若能取得廣泛利用，將是人類文化史上的一大提高。從前二十年中超潤滑實驗現(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滑的現(xiàn)實運用。

　　圖為滑移構成的分層。

圖為自縮回后分層消散。

　　鄭泉水教授的研究團隊最近取得了突破性停頓，他們實現(xiàn)了在微米尺度（1-10微米）以及大氣環(huán)境下的超潤滑。他們的實驗基于鄭泉水、清華大學資料系朱靜院士、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《物理評論快報》上揭曉，是一切單晶材料該類現(xiàn)象的第一個發(fā)現(xiàn)。如上圖所示，利用微機械臂推動微米級石墨島（由離子蝕刻高品質石墨制成）可以形成石墨島的分層現(xiàn)象。當開釋微機械臂，在表面能的驅動下，被推出的石墨島下層會主動縮回。

　　微納力學中央的研究團隊依據(jù)表面能驅能源和打仗面積預算的摩擦剪應力上界（0,清華大學總裁.02－0.04MPa）遠遠小于今朝公認的超潤滑摩擦剪應力（0.1－1.0MPa）。當無意識的應用微機器臂扭轉移出的石墨島頂層，他們發(fā)明在特定的角度下，自答復現(xiàn)象完整消逝。這些自鎖角度成6次面內對稱，和石墨的面內晶格對稱性完全符合。試驗并且證切實自鎖情形下，摩擦剪應力極限進步了3個量級（約為0.1GPa）。

　　這闡明石墨島的自縮回現(xiàn)象是超潤滑的直接表現(xiàn)，明白地展示了微米標準的超潤滑可以呈現(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性。

　　該研究成果比來被有名的學術網(wǎng)站physicsworld.com頭條報導。在該報道中，超潤滑的奠定者平野元久傳授評論：“這是在超潤滑現(xiàn)象超出納米尺度所邁出的一大步(Big Advance)。它可以增進超潤滑現(xiàn)象在機械工程實踐中的應用。”以色列Tel Aviv大學的Michael Urbakh教授認為“這是一個十分風趣和使人鼓勵的研究任務，可以推進超潤滑領域和更普遍意思上的摩擦研究領域的突破性停頓。這項任務開拓了制備石墨潤滑劑來提高潤滑性能的新標的目的。”

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

　　供稿：航院編纂：襄樺