摩擦能量耗散中晶格振動、界面阻尼和耗散係數的研究

《摩擦能量耗散中晶格振動、界面阻尼和耗散係數的研究》是依託清華大學，由胡元中擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：摩擦能量耗散中晶格振動、界面阻尼和耗散係數的研究
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：胡元中
• 項目類別：面上項目

項目摘要

為應對日益嚴峻的能源緊缺的形勢，必須提高機械的能量使用效率，其中關鍵策略之一是減少摩擦導致的能量損耗。本項目將研究滑動界面摩擦過程中的能量耗散的方式和途徑，考察界面原子運動從有序到無序的轉換以及界面阻尼和耗散係數的影響，從理論上揭示摩擦起源的微觀機制和實驗超低摩擦的條件。研究內容包括（1）摩擦中界面原子振動的激發和運動模式轉換，（2）穿越接觸表面的聲子傳播和界面阻尼對聲子衰減速率的影響，（3）能量耗散係數和摩擦起源的微觀理論模型，（4）超低摩擦狀態的實驗研究和模擬。本研究的成果將為實現摩擦定量預測的長期目標積累研究基礎，為發展減小或控制摩擦的新技術提供理論指導，它將對摩擦基礎研究的突破具有重要的科學意義，並為提高機械能量效率和應對能源緊缺的總體策略提供一種思路和參考。

結題摘要

摩擦在本質上是一個能量轉化和耗散的過程，能量耗散的機理和定量預測的是理解和控制摩擦的重要基礎問題。本項目以原子尺度摩擦能量耗散中的表面晶格振動和耗散係數為對象開展理論和實驗研究，取得了重要的研究進展。在研究方法方面，我們發展或套用了一系列新的模擬技術，如第一性原理研究氧化和氟化石墨烯的層間作用、滑動能壘和摩擦行為，以“反應力場”代替傳統勢函式以研究摩擦化學反應對摩擦的影響等。在能量耗散機理研究中，我們分析了石墨烯體系中“系統剛度”和“滑動能壘”這兩個關鍵因素對能量耗散和摩擦行為的影響；通過考察摩擦過程中各種能量形式的轉化和演變規律，證實了關於能量耗散係數的假設：即確有一部分能量以保守勢能的形式保留於系統內部、在摩擦過程中不發生耗散；在能量耗散研究的基礎上我們通過考察固體和液體摩擦中滑移平面的形成及其對摩擦的影響，發展了關於“超滑”的理論模型；在含氫類金剛石膜的實驗中實現了超滑摩擦狀態，並通過改變實驗條件研究了材料和環境等因素對其摩擦行為的影響。根據上述研究成果撰寫的論文已經在Physical Review B, Carbon, Journal of Physical Chemistry C, Nanotechnology等國際著名科學期刊上發表，總計發表標註本基金項目號的SCI論文9篇，另有部分論文還在整理之中。這些論文雖然發表時間不長但已經獲得較好的評價和引用率。項目執行期間我們研究團隊獲得一項教育部自然科學一等獎，其中包含了本基金項目的部分研究成果，項目負責人為該獎項的第一完成人。項目骨幹馬天寶副研究員獲得2013年中組部青年拔尖人才獎勵。