清華大學(xué)和以色列特拉維夫大學(xué)的研究人員合作發(fā)現(xiàn)，原本僅限于學(xué)術(shù)領(lǐng)域的超潤(rùn)滑現(xiàn)象可以讓微器件以每小時(shí)90公里的速度發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)。未來可能的應(yīng)用包括小型化的硬盤讀寫磁頭、用于無線通訊的高頻振蕩器以及其他依賴高速運(yùn)動(dòng)的微器件。
清華大學(xué)微納米力學(xué)中心主任鄭泉水教授課題組的這一研究成果近日發(fā)表在美國(guó)《物理評(píng)論快報(bào)》上，并被美國(guó)物理學(xué)會(huì)新聞網(wǎng)站Physics重點(diǎn)報(bào)道。
現(xiàn)實(shí)生活中，沒有摩擦很難想象，但是摩擦也會(huì)導(dǎo)致巨大的能量浪費(fèi)。為了減少這種浪費(fèi)，潤(rùn)滑劑在從鉸鏈到汽車引擎等許多領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。然而，全球仍有約1/3的用于運(yùn)輸?shù)娜剂夏茉聪脑诳朔Σ辽?。?dāng)系統(tǒng)尺寸縮小到微芯片的大小時(shí)，情況就變得更糟。在微觀尺度，物體極高的表面積—體積比，使得摩擦這種表面現(xiàn)象變得十分顯著。而且，由于尺度的原因，在微器件中加入潤(rùn)滑劑十分困難。
在這項(xiàng)研究中，論文第一作者、清華大學(xué)微納米力學(xué)中心博士生楊佳瑞，基于激光刀口法建立了一套檢測(cè)石墨片自回復(fù)運(yùn)動(dòng)的設(shè)備，并成功的測(cè)量了其速度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，一個(gè)邊長(zhǎng)為3微米的方形石墨納米級(jí)薄片在自回復(fù)運(yùn)動(dòng)中可以達(dá)到每小時(shí)90公里的滑動(dòng)速度。有趣的是，這一最高速度是在將石墨片加熱到100℃以上才能達(dá)到。研究人員對(duì)此現(xiàn)象的解釋是，溫度的升高增加了石墨片原子的振動(dòng)，幫助它克服了由不可避免的界面缺陷導(dǎo)致的阻礙滑動(dòng)的勢(shì)壘。
開展這項(xiàng)研究之前，超潤(rùn)滑的實(shí)驗(yàn)只能在微米每秒的速度下進(jìn)行，大致等同于蝸牛的爬行速度。而且這些實(shí)驗(yàn)條件苛刻，要求超高真空以及納米級(jí)的接觸點(diǎn)。對(duì)此，鄭泉水教授表示：“在如此大的尺度下觀察到高速超潤(rùn)滑，并且是在普通的大氣環(huán)境下，這為超潤(rùn)滑概念提供了實(shí)用化的可能。”
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