pg下载麻将胡了A.旗舰厅进体育.cc 生活中无处不在摩擦，能消失吗？

经调查得知，大约人类一回性能源之中的三分之一，是借由摩擦而被消耗掉的，并且百分之八十的装备，皆因磨损失却功效。

雒建斌

中国科学院院士、清华大学机械工程学院院长雒建斌

2020年度陈嘉庚科学奖技术科学奖

我想分享一个与日常生活相关的话题，关于摩擦能否消失？

首先，我要介绍为什么要研究摩擦学？摩擦学是什么？

诺贝尔奖得主费曼讲过，对于摩擦，虽开展了诸多实验，然而精准的摩擦实验仍颇具难度，摩擦定理的剖析依旧有所欠缺 。

摩擦为什么会这么复杂呢？

实际上，摩擦过程能够借助一个图予以展现，它会放射出各类光、等离子体乃至X光，并且存在摩擦化学反应、物体的变形等情况。

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走进摩擦学

摩擦是一个非常复杂的过程，什么是摩擦学呢？

1966年，彼时英国政府身为爵士的Peter Jost，在英国开展了一项调查，其内容为，摩擦、磨损以及润滑会给英国带来怎样规模的损失？

Jost在结束调查后，做出了声名远播的Jost报告。他将摩擦方面、磨损方面以及润滑方面这三块收集整合起来，创造了一个全新的词汇，这个词汇叫做Tribology，而Tribology所指的便是摩擦学 。

他持有这样的看法，摩擦学属于在相互存有运动、相互产生作用的对偶表面方面展开理论实践探究的科学技术范畴。那么，对于摩擦学所进行的研究，究竟具备什么样的意义呢？

事实上，摩擦学并非仅仅是在航空航天范畴，于芯片制造领域，在生物方面，在高铁领域，在军事范畴同样存在着不少的作用 。

经由调查得知，一次性能源的耗用情况里，大约有三分之一是依靠摩擦而被消耗掉的，并且80%的装备是由于磨损这个缘故而出现失效状况的。

损失是由摩擦以及磨损共同致使产生的，通常情况下，其数值处于一个国家GDP的2%至7%的范围之内。

假设，我们单单以百分之五来进行计算。在二零一九年的时候，我国国内生产总值是九十九万亿元，因摩擦以及磨损所造成的损失达到了四点九五万亿元，这可是一个相当大的数字。

摩擦的起源

先要对摩擦展开研究，首先为大家所期望能够知晓的便是，摩擦究竟是以怎样的方式起始的呢？

起源最早的摩擦是钻木取火，取个硬木头，于软木头上进行摩擦，最终起火。

火被人类所控制，人类离开了野蛮，迈向了文明。之后雪橇出现了，接着车也问世了。

由于滚动摩擦取代了滑动摩擦，这使得人类生产取得了颇为显著的进步，然而人类真正开启对摩擦问题进行科学研究的历程，事实上是从15世纪达·芬奇着手的。

在1967年的时候，达·芬奇的手稿被发现了，在那之前他就已经着手研究摩擦，并且提出了摩擦力大概是自重的四分之一 。

但是真正上升到科学层次，探索摩擦的起源，是在17世纪。

法国有个物理学家叫阿孟顿 在当时 他在法国科学院作了个报告 什么报告呢 他认为 摩擦力仅仅跟载荷存在关联 跟接触面积并无关系 这个关于摩擦力的观点 在当时的科学界引发了极为巨大的震动 。

普遍来讲，常人都会觉得，倘若面积越大，那么摩擦必然越大。摩擦乃是由表面的高低不平所引发的。为何他会觉得摩擦与面积并无关联，而是与正压力存在关系呢？

之后，又有一位来自英国的物理学家宣告，摩擦并非与凹凸存在关联，而是和分子间的黏附力有着关系。

他开展了一项堪称出色的实验，把一个体积较小的铅球，还有一个体积较大的铅球，均切割成平面状，让这两个不同体积铅球的平面相互摩擦，经此操作后，那个体积较小的铅球能够把体积较大的铅球提拉起来，并且不会掉落下来。

分子间的黏着力、吸附力非常强，摩擦就是因为这个造成的。

后来，时间来到了18世纪，有一位物理学家，名叫库仑，他做了一个装置实验，这个实验非常有名，它被称作是近代物理十大实验当中的一个 。

他持有这样的看法，即摩擦乃是因凹凸不平的表面相互嵌合所致，而且还提出了摩擦学的古典四大定律，其一，摩擦同正压力存在关联；其二，摩擦与接触面积并无关系；其三，最大的静摩擦力会比动摩擦力大；其四，摩擦力大小与速度没有关系。

一方面pg下载官方认证，摩擦力跟接触面积并无关联，而是与接触压力存在关系；另一方面，摩擦和分子的黏着力有关系，且与接触面积有关系。所以，这两个理论各自表述不同 。

在1939年的时候，苏联的学者克拉盖尔斯基，完成了将这两个理论统一的行为。他持有这样的观点，即摩擦力等同于两个力相加的和，其中一部分是由正压力所导致产生的摩擦力，另外一部分是由分子间吸附而造成的摩擦力 。

不过呢，还没有将本质给讲得清晰明白。随后，到了五十年代的时候，剑桥大学有两位教授，教授Bowden以及教授Tabor，他们一同展开合作，他们觉得摩擦力是和真实接触的面积存在关联，和名义接触面积并无关系。

他持有这样的看法，摩擦力主要是由真实接触面积所决定的，由于正压力出现增大的情况，真实接触面积随之变大，故而摩擦力出现了增高的现象。

他从机理上把这两个理论统一在一起。这就是在宏观世界的探讨。

1929年，存在一些科学家并非从宏观角度而是从微观世界着手去对其展开探讨，其中极具知名度的成果便是汤姆森（Tomlinson）模型。

C是一个原子，B是另一个原子，还有一个原子是D，就是说D原子离B原子较远，D原子需从B原子旁边一步步走近，D原子会把B原子朝着近的方向拉呀，当D原子远离B原子时pg下载赏金下载，B原子又会反弹回来呢。

这是一个稳定的过程，没有任何能量消耗，也就不可能有摩擦。

但是，要是这个D原子，距离B原子相对较近，它靠近之时会将B原子拽过来，离开之际，B原子猛地回弹回去致使B原子产生弹性振动。这等同于B原子持续处于振动状态，只要产生振动就会消耗能量，进而存在摩擦损失。

从此，他给出了摩擦起始的原子模式，然而此模式被提出来之后，没法获得证实。

1986年，葛·宾尼（Gerd Binning）发明了原子力显微镜，因原子力显微镜的发明，宾尼获得了诺贝尔奖，有了原子力显微镜，就能够研究原子级的摩擦了，汤姆森模型才大体上被证实了。

后来，超快激光被发觉了，人们就能够去探究摩擦进程里的声子耗散了，还能够研究摩擦进程中的电子耗散了，并且能够对结构的演变展开研究了。

在下边靠右位置的那幅图，便是针对我们所开展的关于缺陷对电子耗散影响的研究。能够让我们看到的是，电子耗散的确也是和摩擦以及材料存在关联。

做过摩擦力研究的所有科学家，都怀揣着一个最为宏大的梦想，那便是能不能对摩擦加以控制，又或者把摩擦给消除掉，如此一来便引发了另外一个话题：超滑能不能实现的问题。句号。

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超滑能否实现？

在1990年，日本学者Hirano进行了一项理论分析，他觉得对于两个原子级光滑的表面而言，若上下表面的原子处于公度状态，那么就会存在摩擦，要是处于非公度状态，那就不会有摩擦存在。

那么，什么叫公度？什么叫非公度？

比如说，若上表面两个原子的原子间距离为2，而下表面的原子间距离是2或者4，这就好比下A图，鉴于两个平面之间存在公约数，也就是表面处于公度状态，那么在运动过程当中就会有能量损耗了。

假设存在这样一种情况，有一个表面，其原子间距为2，还有另一个表面pg下载官方版打开即玩v1022.速装上线体验.中国，其原子间距是3，这两个间距不存在公约数，基于此，是无法进行插入操作的，进而会处于表面悬着的状态，那么，当它在整个移动过程中，摩擦便会消失不见，这是依据理论计算所得出的结果，并且，其本质与Tomlinson模型保持一致。

后面开展了一项实验，的确在于并非是公度的情形下，摩擦力会出现大幅下降或者极为趋近于零的状况，然而物理学家对于它仍旧存有一定程度的怀疑，期望它能够实现进一步的被证实。

不过，从事摩擦学研究工作的那些人，一开始就特别留意这个问题，即超过正常程度的顺滑状态是不是能够达成，并且摩擦现象是不是可以消除掉。

工程上有个定义，摩擦系数只要有数量级上的降低，就叫做超滑。

我们于低温状况之下，借助钢与二硫化物相互对摩，达成了万分之一的摩擦系数，此摩擦系数相较于常规摩擦系数大约能够降低两个数量级，如此一来便出现了超滑现象。

在二维材料方面，我们开展了一项工作，此工作是运用二氧化硅的球，借助CVD的方式，促使其表面生长出几层石墨烯，之后把生长了石墨烯层的球，粘结于旋臂之上 。

此旋臂乃带有石墨烯的旋臂，其下平面能够运用石墨烯，或者运用别的材料。我们发觉，处于二氧化硅球对向二氧化硅表面之际，摩擦系数极大，该系数约略在0.6左右。

要是二氧化硅表面包裹着石墨烯，和石墨烯相互对摩，又或者和高取向石墨相互对摩，如此一来摩擦系数降至千分之三，达成了超滑的状态，这还被称作是达成固体超滑的六大方法当中的一种。

之后，于真空的状况下，摩擦系数降低到了十万分之二，这可是极具意义的事情。

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液体能否实现超滑？

我们实现了固体超滑，那么在液体上，能否实现超滑呢？

在大概1938年那个时候，英国有物理学家做过超流体，那是把HeⅡ（氦）降低到2.17K左右，而这2.17K左右也就是零下270多度左右。

科学家发现，在这个时候，HeⅡ流体出现了几乎没有摩擦流动的情况，它的黏度相较于水而言，大概小了接近一亿倍之多，它比水更加容易流动，在物理界，这种流体被称作超滑体，这也是一种超滑态 。

但是，这在物理上叫超流，对于摩擦学来说没什么用。为什么？

摩擦领域是以减降摩擦作为核心要点的，这是由于它能够将能量消耗予以降低，然而要是把系统的温度从中常的状态朝着近乎绝对零度的方向去降低，那就会需要数量众多的能量消耗。

所以，在常温下能不能实现超滑，这是我们非常关注的一个问题。

之后呢，以色列专家于九十年代达成了这样的成果：将分子刷放置于两片云母之间，并且添加盐水，如此便能达成超滑的状态了。

随后，日本人于两个陶瓷的表面添加了水，进行了两个多小时的磨合，同样出现了超滑的情况。

有两个超滑现象出现了，这推动了超滑的研究，然而大家依旧觉得它距离应用还差得非常远。

在1996年的时候，我获取了首个自然科学基金项目，那时博士才刚刚毕业，所开展的研究正是超滑研究，期望能够在二氧化硅的表面注入相同的电荷，进而让其构建起一个同种电荷的斥力场 。

而后，诱使处在中间位置的液体分子构建起排列，进而塑造出一种超低摩擦的状况 ，结果乃是，我们注入了同种电荷，当两个表面一旦相互接触，此两个表面也就吸附在了一起，即便用力掰也无法使其分开 。

这究竟是因何缘故呢？我们察觉到，表面电荷出现了迁移现象，进而能够讲，我们所开展的研究已然失败了。

到了二零零八年的时候，我们这儿的学生有一回把酸奶带到实验室里头，他察觉到酸奶当中的某些成分，跟以色列所做的超滑存在着些许相似之处，他把酸奶添加到实验机上面，结果发现摩擦系数一下子降低到了千分之二左右。

他马上汇报，这是不是意味着，超滑出现了？

对于酸奶，我们着手展开研究，划分了若干研究小组，针对酸奶之中的乳酸菌、乳酸、蛋白质以及微量元素，去探究它们对于呈现极度顺滑状态所产生的实际影响 。

有个学生，由于天天钻研乳酸菌的影响，整日在显微镜下观察乳酸菌，以至于到如今，基本上不太喝酸奶了，。

我们借由实验获取结果得知，时不时地，酸奶能达成超滑状态，不时又无法达成超滑状态。在实验机进行反向旋转这一操作之后，超滑现象便消失不见了，而酸奶呈现出的超滑同样属于微现象。

虽然这一回再次做的时候失败掉了，可是我们探寻到了，酸奶对于摩擦系数的急剧下降这种情况是真实存在的。

其后，我们展开对其出现突降原因的研究，于磺酸与丙三醇混合之际达成了超滑状态，极为稳定，大约磨合了十分钟上下，摩擦系数能够达到千分之二点八 。

有一回，我在杭州，吃着莼菜，发觉莼菜，用筷子横竖夹不住，非得用勺子舀着才可以吃。

我竟然让学生去做实验，观察是否存在超滑现象，结果发现它的摩擦系数竟然达到了千分之五，而且它还是一种层状超滑物质材料。

磷酸，作为一种属于腐蚀剂范畴的物质，具备极为出色的超滑性能，当处于超滑状态之际，基本上磨损程度能够近乎于零，因此这属于一种相当良好的超滑现象。

这样一下子给予我们极大的启迪；关于磷酸是怎样达成超滑的；其机理究竟是什么 。

只要机理被揭示出来，好多有可能的超滑材料便会被合成出来，因而我们的学生李津津在这个方面，搞了非常重要的工作，发觉流体效应会造就超滑 。

什么是流体效应？

一个人借助滑板实现滑行，这属于流体效应，流体中有动压效应，它能够将滑板支撑起来 。

有没有非流体效应的超滑？

在实验过程中，我们发现，当聚四氟乙烯与蓝宝石进行配对时，既无需经历任何磨合过程，也不用去形成任何动压效应，然而却会存在超滑现象。

超滑的摩擦系数跟速度基本上没关系，是什么原因呢？

存在两种机理，其中一种称作水合机理，水合作用等同于一个金属正离子在其周围吸附水分子从而形成了水合层，对于水合作用越强的液体，就能够发现超滑形成。

实验里，膜厚常常有几十个纳米，然而水合作用其距离的作用力是非常短的，我们发觉这或许跟双电层存在关联。

双电层也是两个同等电荷形成斥力，分担了一部分压力。

我们能够从实验里看出，呈现红色的那条实验曲线存在双电层（斥）力，其几乎不存在范德华引力过程 ，它直接就进入到了斥力范围 。

常规情况下会存在范德华引力，双电层产生的斥力同样能够达成超滑效果，基于此超滑机理，我们能够对超滑出现和消失的情况予以操控。

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超滑的作用机理

归结起来，超滑大约存有三种机制，一个是双电层作用，一个是流体动压效应，还有一个是水合作用，此三种机制被世界所公认 。

其中的前两种超滑机理，是我们这个研究组提出来的。

后，我们针对一大批液体，这一大批液体涵盖酸溶液，亦涵盖碱溶液，还涵盖酸与醇混合而成的溶液，以及油基，达成了超滑的状态。

一旦超滑得以实现，其承压范围仅仅能够达到300兆帕。可是，倘若真想在工业领域实际产生诸多应用，那就得将它的承载能力予以提升哪，提升至1吉帕以上。

我们再度进行了全新的尝试，就此提出了固液耦合超滑，对石墨烯予以加强表面修饰，使之放置于液体里头又对黑鳞的表面加以修饰，进而考究是否能够提升承载能力呢？

过后，我们各自提升至600兆帕以及1吉帕以上，最终达成了一种具备超高承载能力的超滑状态 。

现如今，于国际范畴内，存在着这三组研究展开对比，其一为以色列的Klein小组，其二是日本的Adach小组，另外一组则是我们小组。

透过溶液去看，我们所拥有的体系已然极为庞大了。而从承载能力上来观看的情形讲，Klein小组大约能达到70兆帕，日本方面则可达100兆帕那般，我们当下已然抵达了1吉帕以上，达成了数量级的攀升。

在有关液体超滑论文这方面，国内主要是由我们这个研究组从事相关工作的。大约是在2005年的时候，我国在这方面的发展状况就已经跟世界上其他各个国家加起来的情况大致相当了，而到了如今，我们在这方面的成果已然超过了世界上其他国家加起来的总和了。

从客观性的角度来讲，超滑若要朝着推向应用的方向发展，必然得去解决这样一个矛盾，即减少摩擦，这就需要分子间作用较弱；而承受载荷，又需要分子间作用较强。不然的话，在载荷发挥作用的情况下，液体就会流到外部，进而导致润滑失效了。

那么，这便是矛盾所在。其一要求分子间作用呈现较弱的状态，然而另一方却要求分子间作用展现出较强的态势，。

关乎超滑应用研究的关键所在乃是关于怎样去解决这个矛盾，要是解决不了，比萨斜塔那种会超滑的情况就会倒掉。

超滑应用到底有什么价值？

曾经有人开展了调查，要是全球范围内轿车单单是发动机的摩擦系数下降至18%，那么每年能够节省5400多亿人民币的燃油方面的损失，并且还能减少2.9亿吨的二氧化碳排放。

倘若并非仅仅是百分之十八这样的比例，而是呈现出数量级别的下降情形呢，那么这种应用将会是极为广泛的，其意义是十分重大的。

所以，超滑在未来能够于航天工业领域，有着重大的应用前景，还能在交通工业领域，具备重大的应用前景，并且在海洋工业这类领域，有着重大的应用前景。

这张图所表达的意思是，在距离公元前1800年还要更早的多年之前，那时的人们运用了添加润滑的技术，运用了添加滚动的技术，与此同时还要加上成千数量的人一起进行拉动，最终才使得一个重达60吨的大型雕塑实现了移动。

我们来进行假设，要是超滑达成了把摩擦系数降低到万分之一这种情况，那么雕塑的拉力也就仅仅只有6公斤，如此一来，一个小孩能够拽着它跑 。

对人类发展而言，钻木取火致使人类由野蛮迈向了文明，滚动摩擦替换滑动摩擦，这便是现代轴承的发展，进而催生了现代工业。

如此一来，将要实现的趋于极低摩擦以及达成近乎零磨损在往后会拥有更为宽广且长远的前景，超滑应用的这扇大门已然开启，并正一步步朝着工业领域进行推广，。