超润滑(Superlubricity)是指发生相对运动的物体间的
摩擦力几乎为零甚至完全消失的现象。
超润滑(Superlubricity)是指发生相对运动的物体间的
摩擦力几乎为零甚至完全消失的现象。
即使在干摩擦条件下,当两个晶体表面间处于非公度(共度)态接触时,超润滑也可能发生,因此也称为结构超润滑。结构超润滑概念在1991年被提出,2004年在
纳米石墨片之间获得实验证实。
石墨中的碳原子以
六边形的方式
周期性排列,形成原子尺度的“峰-谷”景观,看上去就像生活中的鸡蛋托盘。当两个
石墨表面处于公度态接触时(每旋转60度),两
石墨表面间的
摩擦力最大,当两
石墨表面间发生相对旋转至非公度态接触时,
摩擦力会极大地降低。这就像两个相互接触的鸡蛋托盘,当旋转使得它们不能互相“咬合”时,更容易发生相对滑动。
2012年,
微米尺度的石墨超润滑现象通过
微米石墨片的自缩回运动获得实验证实。最初对超润滑的研究受限于苛刻的实验条件,而通过自缩回运动研究
石墨超润滑现象即使在
微米尺度以及大气环境下也能稳定地、重复地实现,这使得超润滑现象有望在
微机电系统(
纳机电系统)中获得应用。
当一根针尖在平坦的表面滑行,并且所施加的载荷低于某一
阈值时,也能实现超低
摩擦状态。根据Tomlinson模型,该“超润滑”
阈值与针尖-表面间的相互作用以及材料间的接触刚度密切相关。并且该
阈值可以通过激发滑动系统的
共振频率而显著降低,这揭示了一种可减少
纳机电系统中磨损的方法。
石墨(Graphite),又称黑铅(Black Lead),是
碳的一种
同素异形体(碳的其他同素异形体有很多,为人熟悉的例如
钻石)。作为最软的
矿物之一,石墨不透明且触感油腻,颜色由铁黑到钢铁灰不等,形状可呈晶体状、薄片状、鳞状、条纹状、层状体,或散布在
变质岩(由煤、碳质岩石或碳质沉积物,受到区域变质作用或是
岩浆侵入作用形成)之中。化学性质不活泼,具有
耐腐蚀性。
奈机电系统(英语:Nanoelectromechanical systems,简称NEMS)与
微机电系统(MEMS)概念相似,不过尺度更小。他们承诺具有革命性的能力去测量小到
分子尺度的位移和力,并且与
纳米科技密切相关。
有两种研究途径被研究者视为标准的NEMS研究方法。一种方法,自上而下,可以总结为“用一套工具来制作一套更小的工具”。例如,一个用毫米量级的工厂制作出来
微米量级的工具,可以用来制作纳米量级的器械。另一种方法自下而上,可以被认为是组装
原子和分子,使之达到期间所要求的复杂度和功能。这种过程可能用到
自组装或分子生物系统。