說起摩擦，你們再熟悉不過了
意味著阻礙
物體相對運動的力（或相對運動傾向）
但你知道嗎？
他還有不為人知的另一面……
“中學(xué)學(xué)過的固體間摩擦研究比較成熟，但沒有‘空間’。比如，在決定摩擦的關(guān)鍵因素中，‘接觸面積’和‘接觸線’之間存在爭議。什么我們研究的是生活和生產(chǎn)中很常見的液滴在固體表面上的運動，以及摩擦阻力的變化。
事實上，固液摩擦的研究還有很多未知和可探索的“空間”。 ”近日，清華大學(xué)材料科學(xué)系博士后高楠在接受科技商報記者提問時，就發(fā)表在《自然物理學(xué)》上的一篇關(guān)于固液摩擦的研究論文發(fā)表了這樣的說法。 ”。
就此，記者采訪了部分高校和科研院所關(guān)于“工作碗”中的摩擦力，得到的回答大致分為兩類：“印象還停留在學(xué)校課本上”； 摩擦研究“水太深”，本人不是“專業(yè)人士”，不便作答。
其實，生活中的“摩擦力”已經(jīng)不是學(xué)校課本上的“瘦”概念了。 它變化多端，詭譎多變，充滿“魔力”。 因為“摩擦”摩擦力概念的發(fā)展，一門可以細(xì)分為各個領(lǐng)域的交叉學(xué)科——摩擦學(xué)誕生了。
有生命的地方就有“摩擦”
1966年，澳大利亞院士彼得·約斯特（H.）首先提出“摩擦學(xué)”，并將其定義為“研究相對運動中表面間的摩擦、潤滑和腐蝕，以及表面間相互關(guān)系的理論和應(yīng)用”。二、“前沿學(xué)科”。 這門一直被學(xué)科“邊緣化”的摩擦學(xué)，與機械表面與界面科學(xué)密切??相關(guān)，涉及領(lǐng)域廣泛，包括傳統(tǒng)機械加工、交通運輸、航空航天、海洋、化學(xué)、生物工程……它可以可以說，有住處，就有“摩擦”。
人類之所以與“摩擦”“斗爭”，是因為它帶來的能量消耗驚人。
據(jù)2015年統(tǒng)計，摩擦可消耗全球約1/3的一次能源（即自然能源），腐蝕可導(dǎo)致約60%的機械零件失效，50%以上的機械武器惡性車禍啟動潤滑失效或過度生銹。
歐美發(fā)達(dá)國家因摩擦磨損造成的經(jīng)濟(jì)損失約占其國民生產(chǎn)總值的2%-7%。 作為制造大國，在生產(chǎn)制造過程中，我國單位對外生產(chǎn)總值煤炭消耗量約為臺灣地區(qū)的8倍、歐共體的4倍、世界平均水平的2.2倍。
這使得摩擦學(xué)的研究備受關(guān)注。 事實上，“摩擦”與能量有關(guān)，也可能嚴(yán)重阻礙一國高端武器的更新?lián)Q代和性能提升。 在摩擦學(xué)的“三大項”中，摩擦研究主要闡明摩擦力的來源、能量耗散規(guī)律等基本化學(xué)過程和機理。
材料腐蝕研究是為了闡明材料消除機理和影響原因，尋求潤滑、表面處理等技術(shù)以減少摩擦和控制腐蝕； 潤滑研究的重點是開發(fā)和正確使用潤滑劑和潤滑技術(shù)，以大幅提高機械效率和保證機械效率。 全年可靠工作和節(jié)約能源的最重要技術(shù)途徑。
隨著摩擦學(xué)的發(fā)展，前沿研究已經(jīng)從宏觀領(lǐng)域滲透到微觀世界。 從摩擦學(xué)分支的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究的一些新進(jìn)展，或者從某個角度，揭示了摩擦的“神奇”本質(zhì)。
胎紋中藏著摩擦的“藝術(shù)”
“橡膠摩擦是一門非常有趣和實用的學(xué)科，廣泛應(yīng)用于輪胎制造等諸多領(lǐng)域?！?癡迷于摩擦研究20余年的法國于利希研究中心科學(xué)家博佩森認(rèn)為，摩擦這個現(xiàn)象往往被你忽視，“妙不可言”。 例如，對于輪胎企業(yè)來說，一般需要對制造出來的輪轂進(jìn)行質(zhì)量檢測。 但如果有一個模型可以可靠地“預(yù)測”材料的摩擦特性，就可以大大節(jié)省時間和精力。
至于橡膠摩擦形成的主要原因，前人研究發(fā)現(xiàn)，這取決于橋面玉石的粗糙度和橡膠本身的粘彈性。 然而，近年來，博培森團(tuán)隊的一項研究表明，橡膠內(nèi)胎在瀝青橋梁上滑動形成的摩擦力還取決于速度和濕度。 這一新發(fā)現(xiàn)意味著橡膠摩擦力的形成還必須考慮橡膠分子鏈與橋面板的反復(fù)粘附、拉伸和釋放。
該團(tuán)隊還展示了一種估算橡膠塊與粗糙表面之間接觸面積的方法。 “雖然橡膠與地面的真正接觸面積很小，但整個輪胎也只有一平方分米的量級。” 博佩森說道。 雖然，這其中蘊含著不為大眾所理解的“實際意義”：比如幫助輪胎企業(yè)選擇合適的材料，生產(chǎn)出更高品質(zhì)的輪轂花紋等。
擺脫摩擦磨損，“超滑”是一項新技能
2017年，在第21屆材料腐蝕國際會議上，“潤滑與腐蝕”的解釋非常吸引企業(yè)研究人員。 雖然，采用適當(dāng)?shù)臐櫥瑮l件來改善腐蝕，可以大大提高材料和結(jié)構(gòu)的使用性能和壽命。 與潤滑和腐蝕相關(guān)的新技術(shù)、新方法可以在短時間內(nèi)為企業(yè)創(chuàng)造巨大的效益。
在這個領(lǐng)域，有一種“超平滑”的新技術(shù)，可以大大提高運動系統(tǒng)的能量利用效率。 “超滑”一般是指兩個物體表面之間的滑動摩擦系數(shù)在0.001或更小數(shù)量級的潤滑狀態(tài)。 自20世紀(jì)90年代初提出以來，引起了摩擦學(xué)、力學(xué)、物理和物理學(xué)等領(lǐng)域研究人員的廣泛關(guān)注。
在借助石墨烯實現(xiàn)固體超滑領(lǐng)域，北京大學(xué)學(xué)院機械工程系、摩擦學(xué)國家重點實驗室聯(lián)合中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理研究所等單位，設(shè)計制備了原子力顯微鏡，涂有石墨烯共聚物探針，可實現(xiàn)石墨烯間微觀摩擦力的檢測。
同時，他們獲得了具有“魯棒”特性的超低摩擦力：不僅能適應(yīng)負(fù)載、濕度、掃描范圍和速度等廣泛的實驗條件，還能在一段時間內(nèi)保持超滑狀態(tài)。很久。 石墨烯探針可在六方滲碳硼晶體等其他二維材料上獲得超滑，實現(xiàn)異質(zhì)二維材料間的摩擦檢測。
可以“上天”的材料
經(jīng)得起摩擦的考驗
航天器（運載鵜鶘等）和飛行器（人造月球衛(wèi)星、載人航天器、空間站、空間探測器等）中的某些材料在相對運動中會形成摩擦和腐蝕。 “空間摩擦學(xué)”由此誕生，光是“材料”的研究就令人“頭疼”。
在空間應(yīng)用中，涉及摩擦和腐蝕的材料也稱為空間摩擦學(xué)材料。 這種可以“上天”的物質(zhì)，生存環(huán)境極其惡劣。 它要承受高真空、原子氧、微重力、宇宙射線、高低溫等空間服役條件，摩擦和腐蝕行為的復(fù)雜性成倍增加。
一旦此類材料經(jīng)不起摩擦和腐蝕的考驗，后果將非常嚴(yán)重。 例如，“哥倫比亞號”太空客機與大氣層高速摩擦，造成溫度過低，破壞了外層隔熱瓦片，解體墜毀。
“傳統(tǒng)摩擦學(xué)材料在極其復(fù)雜的環(huán)境中容易出現(xiàn)冷焊、熱疲勞、表面侵蝕等損傷，無法發(fā)揮地面優(yōu)良的摩擦學(xué)性能。隨著航天研究的深入，大量新型材料空間摩擦材料需要不斷研發(fā)。” 中南大學(xué)粉末冶金研究院院長姚萍萍說。 日本、歐洲、日本、美國等國家和地區(qū)的航天部門都建立了專門機構(gòu)，開展空間摩擦學(xué)及其材??料的基礎(chǔ)研究。
我國在這方面也取得了長足的進(jìn)步。 空間對接裝置是航天器與航天器或空間站交會對接的關(guān)鍵部件。 制造對接裝置的摩擦材料在各國仍屬于“絕密”技術(shù)。
中南大學(xué)研制的銅基粉末冶金摩擦材料，使我國成為少數(shù)能夠提供對接機構(gòu)摩擦材料的國家之一。 該方法制造的摩擦副也成功應(yīng)用于神舟八號、九號、十號、十一號載人飛船和“天宮一號”、“天舟一號”空間實驗艙的在軌手動、自動交會對接。 機構(gòu)和易地機構(gòu)。
“我們迫切需要完善空間環(huán)境地面模擬試驗設(shè)備，研究相關(guān)理論，建立數(shù)據(jù)庫摩擦力概念的發(fā)展，為空間耐磨、空間減摩材料的設(shè)計和改進(jìn)提供保障。” 談到這個領(lǐng)域的未來，姚萍萍說。