前不久,《Nature》发布的《Sliding and healing of frictional interfaces that appear stationary》引发热议,该研究成果提出了一个新概念——“界面隐形滑动”,为我们揭开了“静止”摩擦界面背后的神秘面纱,在微观尺度下,万物皆在运动。那么,研究摩擦学到底能带来什么价值?今天,小优博士与大家一起探讨。
何为摩擦学?
摩擦学是研究表面摩擦行为的学科,即研究相对运动或有相对运动趋势的相互作用表面间的摩擦、润滑和磨损,及其三者间相互关系的基础理论和技术。其研究成果对工业技术革新、能源效率提升、材料寿命延长等具有深远影响。
摩擦学是一门边缘学科(指与两种或两种以上不同领域的知识体系有密切联系,并借助它们的成果而发展起来的综合性学科门类),学科分布以机械工程为核心,延伸至化学、材料科学、生物医学工程与仿生学、能源与动力工程等交叉领域。因涉猎学科广泛,研究摩擦磨损对于各行各业至关重要。摩擦学对各领域的影响
在制造业中,研究摩擦学可以降低损耗,延长设备寿命。摩擦导致机械部件磨损,占设备失效原因的70%以上。优化摩擦可减少停机维护成本,提升生产效率。例如:汽车发动机会通过表面涂层的技术,来降低活塞环与缸体的摩擦,以此减少油耗;同时还能通过研究不同材料的耐磨性,从选材方面优化摩擦。
在航天航空领域,研究摩擦学可以突破极端环境下的技术瓶颈,高速、高温、高载荷工况对材料摩擦性能提出严苛要求,因此科研人员会研究热障涂层使磨损率降低、研究超滑材料以保障极端条件下的器件性能等等。
在生物医疗领域,研究摩擦学可以提升植入体的安全性与舒适性。例如人工关节磨损产生的磨屑可能会引发炎症,缩短植入体的寿命,因此可以研究不同材料的耐磨性,以优化植入体寿命。
在微电子与精密制造领域,MEMS器件、芯片封装等微纳摩擦问题直接影响产品可靠性。例如硬盘磁头表面的类金刚石保护层(厚度<2nm)可以将读写头磨损寿命提升至10万小时以上。该领域的研究一般要求纳米级精度测量表面形貌,助力工艺优化。
快速形貌测量,推动学科发展
FeCoCrNi器件摩擦磨损后的深度、面积、体积以及形貌分析
合金材料摩擦磨损后的深度以及形貌分析