新研究拓展对“超润滑”认识

从材料表面的相互作用入手，中科院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室联合中科院宁波材料所和清华大学等单位，发现了界面量子力学效应引起的零势垒超滑，拓展了对“超润滑”概念的认识，为实现材料界面本征超滑提供了新的途径。相关成果日前分别发表于《摩擦学快报》《物理化学快报》等期刊。

摩擦是一种常见的物理现象，广泛地发生在接触并发生相对运动的表面之间。据统计，发达国家每年因摩擦磨损导致机械部件失效而造成的损失达GDP的5%左右，同时对能量的消耗约占一次利用能量的1/3至1/2。因此，对润滑乃至超润滑的追求是摩擦学研究的重要方向。

此次研究人员通过第一性原理，计算研究了多种微观滑动体系摩擦力随载荷的演化行为。结果表明：在界面间高接触压力的近接触区域和低压力的远接触区域，界面摩擦均会发生随着法向压力增加而减小的反常行为，直至在临界状态下出现极低摩擦的超滑。研究认为，这归因于滑移路径上滑动能垒的平坦化，源于压力诱导滑动势垒的褶皱—平坦—反褶皱转变。通过对电荷密度的分析发现，界面间的静电排斥和色散吸引作用分别是在相应区域产生反常超滑行为的主要原因。