超潤滑

超潤滑（Superlubricity）是指發生相對運動的物體間的摩擦力幾乎為零甚至完全消失的現象。

即使在乾摩擦條件下，當兩個晶體表面間處於非公度（共度）態接觸時，超潤滑也可能發生，因此也稱為結構超潤滑。結構超潤滑概念在1991年被提出，2004年在納米石墨片之間獲得實驗證實。石墨中的碳原子以六邊形的方式周期性排列，形成原子尺度的“峰-谷”景觀，看上去就像生活中的雞蛋托盤。當兩個石墨表面處於公度態接觸時（每旋轉60度），兩石墨表面間的摩擦力最大，當兩石墨表面間發生相對旋轉至非公度態接觸時，摩擦力會極大地降低。這就像兩個相互接觸的雞蛋托盤，當旋轉使得它們不能互相“咬合”時，更容易發生相對滑動。

基本介紹

• 中文名：超潤滑
• 外文名：Superlubricity

簡介

超潤滑（Superlubricity）是指發生相對運動的物體間的摩擦力幾乎為零甚至完全消失的現象。

即使在乾摩擦條件下，當兩個晶體表面間處於非公度（共度）態接觸時，超潤滑也可能發生，因此也稱為結構超潤滑。結構超潤滑概念在1991年被提出，2004年在納米石墨片之間獲得實驗證實。石墨中的碳原子以六邊形的方式周期性排列，形成原子尺度的“峰-谷”景觀，看上去就像生活中的雞蛋托盤。當兩個石墨表面處於公度態接觸時（每旋轉60度），兩石墨表面間的摩擦力最大，當兩石墨表面間發生相對旋轉至非公度態接觸時，摩擦力會極大地降低。這就像兩個相互接觸的雞蛋托盤，當旋轉使得它們不能互相“咬合”時，更容易發生相對滑動。

2012年，微米尺度的石墨超潤滑現象通過微米石墨片的自縮回運動獲得實驗證實。最初對超潤滑的研究受限於苛刻的實驗條件，而通過自縮回運動研究石墨超潤滑現象即使在微米尺度以及大氣環境下也能穩定地、重複地實現，這使得超潤滑現象有望在微機電系統（納機電系統）中獲得套用。

當一根針尖在平坦的表面滑行，並且所施加的載荷低於某一閾值時，也能實現超低摩擦狀態。根據Tomlinson模型，該“超潤滑”閾值與針尖-表面間的相互作用以及材料間的接觸剛度密切相關。並且該閾值可以通過激發滑動系統的共振頻率而顯著降低，這揭示了一種可減少納機電系統中磨損的方法。

需要指出的是，“超潤滑”一詞與“超導”，“超流”等名詞的類似性具有一定的誤導，因為其他能量耗散機制也可能導致有限的（通常很小）摩擦力。

摩擦力

摩擦力（英語：friction）指兩個表面接觸的物體相對滑動時抵制它們的相對移動的力，是經典力學的一個名詞。廣義地，物體在液體和氣體中運動時也受到摩擦力。

摩擦力產生的成因：

• 一物體在另一物體表面上滑動或將要滑動時，兩物體在接觸面上會產生阻止相對運動的作用力，這種作用力稱為摩擦力。
• 物體在靜止或運動狀態，均可能在接觸面上產生摩擦力。
• 摩擦力與物體相對運動的方向相反。

石墨

石墨（Graphite），又稱黑鉛（Black Lead），是碳的一種同素異形體（碳的其他同素異形體有很多，為人熟悉的例如鑽石）。作為最軟的礦物之一，石墨不透明且觸感油膩，顏色由鐵黑到鋼鐵灰不等，形狀可呈晶體狀、薄片狀、鱗狀、條紋狀、層狀體，或散布在變質岩（由煤、碳質岩石或碳質沉積物，受到區域變質作用或是岩漿侵入作用形成）之中。化學性質不活潑，具有耐腐蝕性。

納機電系統

奈機電系統（英語：Nanoelectromechanical systems，簡稱NEMS）與微機電系統（MEMS）概念相似，不過尺度更小。他們承諾具有革命性的能力去測量小到分子尺度的位移和力，並且與納米科技密切相關。

有兩種研究途徑被研究者視為標準的NEMS研究方法。一種方法，自上而下，可以總結為“用一套工具來製作一套更小的工具”。例如，一個用毫米量級的工廠製作出來微米量級的工具，可以用來製作納米量級的器械。另一種方法自下而上，可以被認為是組裝原子和分子，使之達到期間所要求的複雜度和功能。這種過程可能用到自組裝或分子生物系統。