潤(rùn)滑性測(cè)量潤(rùn)滑劑減少機(jī)械摩擦和磨損。這些是機(jī)械和機(jī)電系統(tǒng)中元件故障和能量損失的主要原因。例如，車(chē)輛中三分之一的基于燃料的能量用于克服摩擦。因此，超潤(rùn)滑 - 超低摩擦和磨損狀態(tài) - 對(duì)于減少機(jī)械和自動(dòng)裝置中的摩擦磨損具有很大的希望。

特拉維夫大學(xué)/清華大學(xué)的一項(xiàng)新研究發(fā)現(xiàn)，在高外部載荷和環(huán)境條件下，不同的微尺度層狀材料之間可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)健的結(jié)構(gòu)超潤(rùn)滑性。研究人員發(fā)現(xiàn)，石墨和六方氮化硼之間的微尺度界面表現(xiàn)出超低的摩擦和磨損。這是未來(lái)太空，汽車(chē)，電子和醫(yī)療行業(yè)技術(shù)應(yīng)用的重要里程碑。

該研究是TAU化學(xué)學(xué)院的Oded Hod教授和Michael Urbakh教授合作的成果;清華大學(xué)機(jī)械工程系馬明馬教授和鄭泉水教授及其同事。它是在TAU-Tsinghua聯(lián)合XIN中心的主持下進(jìn)行的，并于7月30日在Nature Materials上發(fā)表。

對(duì)計(jì)算機(jī)和其他設(shè)備的巨大影響

與早期的納米級(jí)測(cè)量相比，新界面的表面積大6個(gè)數(shù)量級(jí)，并且在所有界面方向和環(huán)境條件下都表現(xiàn)出穩(wěn)健的超潤(rùn)滑性。

“超潤(rùn)滑是一種非常有趣的物理現(xiàn)象，兩個(gè)接觸面之間幾乎為零或超低摩擦狀態(tài)，”霍德教授說(shuō)。“在宏觀方面實(shí)現(xiàn)穩(wěn)健的超潤(rùn)滑性的實(shí)際意義是巨大的。預(yù)期的節(jié)能和磨損預(yù)防是巨大的。”

“這一發(fā)現(xiàn)可能會(huì)導(dǎo)致新一代計(jì)算機(jī)硬盤(pán)具有更高的存儲(chǔ)信息密度和更快的信息傳輸速度，”Urbakh教授補(bǔ)充道。“這也可用于新一代滾珠軸承，以減少旋轉(zhuǎn)摩擦并支持徑向和軸向載荷。它們的能量損失和磨損將顯著低于現(xiàn)有裝置。”

研究的實(shí)驗(yàn)部分是在清華大學(xué)使用原子力顯微鏡進(jìn)行的，完整的原子計(jì)算機(jī)模擬在TAU完成。研究人員還通過(guò)進(jìn)行光譜測(cè)量來(lái)表征石墨表面的結(jié)晶度。

密切合作

該研究源于TAU理論和計(jì)算小組早先的預(yù)測(cè)，即通過(guò)在石墨烯和六方氮化硼材料之間形成界面可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)健的結(jié)構(gòu)超潤(rùn)滑性。“這兩種材料目前在2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)之后的新聞中獲得，該獎(jiǎng)項(xiàng)是用二維材料石墨烯進(jìn)行的開(kāi)創(chuàng)性實(shí)驗(yàn)。超潤(rùn)滑是他們最有前途的實(shí)際應(yīng)用之一，”霍德教授說(shuō)。

“我們的研究是TAU理論和計(jì)算小組與清華實(shí)驗(yàn)小組之間的緊密合作，”Urbakh教授說(shuō)。“這些團(tuán)體之間存在協(xié)同合作。理論和計(jì)算提供實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)，反過(guò)來(lái)，它們提供了重要的實(shí)現(xiàn)和有價(jià)值的結(jié)果，可以通過(guò)計(jì)算研究來(lái)合理化，以完善理論。”

研究小組正在繼續(xù)在這一領(lǐng)域開(kāi)展合作，研究超潤(rùn)滑的基本原理，廣泛的應(yīng)用及其在更大界面中的作用。