[科普中国]-超润滑

超润滑（Superlubricity）是指发生相对运动的物体间的摩擦力几乎为零甚至完全消失的现象。

即使在干摩擦条件下，当两个晶体表面间处于非公度（共度）态接触时，超润滑也可能发生，因此也称为结构超润滑。结构超润滑概念在1991年被提出，2004年在纳米石墨片之间获得实验证实。石墨中的碳原子以六边形的方式周期性排列，形成原子尺度的“峰-谷”景观，看上去就像生活中的鸡蛋托盘。当两个石墨表面处于公度态接触时（每旋转60度），两石墨表面间的摩擦力最大，当两石墨表面间发生相对旋转至非公度态接触时，摩擦力会极大地降低。这就像两个相互接触的鸡蛋托盘，当旋转使得它们不能互相“咬合”时，更容易发生相对滑动。

简介超润滑（Superlubricity）是指发生相对运动的物体间的摩擦力几乎为零甚至完全消失的现象。

即使在干摩擦条件下，当两个晶体表面间处于非公度（共度）态接触时，超润滑也可能发生，因此也称为结构超润滑。结构超润滑概念在1991年被提出，2004年在纳米石墨片之间获得实验证实。石墨中的碳原子以六边形的方式周期性排列，形成原子尺度的“峰-谷”景观，看上去就像生活中的鸡蛋托盘。当两个石墨表面处于公度态接触时（每旋转60度），两石墨表面间的摩擦力最大，当两石墨表面间发生相对旋转至非公度态接触时，摩擦力会极大地降低。这就像两个相互接触的鸡蛋托盘，当旋转使得它们不能互相“咬合”时，更容易发生相对滑动。

2012年，微米尺度的石墨超润滑现象通过微米石墨片的自缩回运动获得实验证实。最初对超润滑的研究受限于苛刻的实验条件，而通过自缩回运动研究石墨超润滑现象即使在微米尺度以及大气环境下也能稳定地、重复地实现，这使得超润滑现象有望在微机电系统（纳机电系统）中获得应用。

当一根针尖在平坦的表面滑行，并且所施加的载荷低于某一阈值时，也能实现超低摩擦状态。根据Tomlinson模型，该“超润滑”阈值与针尖-表面间的相互作用以及材料间的接触刚度密切相关。并且该阈值可以通过激发滑动系统的共振频率而显著降低，这揭示了一种可减少纳机电系统中磨损的方法。

需要指出的是，“超润滑”一词与“超导”，“超流”等名词的类似性具有一定的误导，因为其他能量耗散机制也可能导致有限的（通常很小）摩擦力。1

摩擦力摩擦力（英语：friction）指两个表面接触的物体相对滑动时抵制它们的相对移动的力，是经典力学的一个名词。广义地，物体在液体和气体中运动时也受到摩擦力。

摩擦力产生的成因：

一物体在另一物体表面上滑动或将要滑动时，两物体在接触面上会产生阻止相对运动的作用力，这种作用力称为摩擦力。

物体在静止或运动状态，均可能在接触面上产生摩擦力。

摩擦力与物体相对运动的方向相反。2

石墨石墨（Graphite），又称黑铅（Black Lead），是碳的一种同素异形体（碳的其他同素异形体有很多，为人熟悉的例如钻石）。作为最软的矿物之一，石墨不透明且触感油腻，颜色由铁黑到钢铁灰不等，形状可呈晶体状、薄片状、鳞状、条纹状、层状体，或散布在变质岩（由煤、碳质岩石或碳质沉积物，受到区域变质作用或是岩浆侵入作用形成）之中。化学性质不活泼，具有耐腐蚀性。2

纳机电系统奈机电系统（英语：Nanoelectromechanical systems，简称NEMS）与微机电系统（MEMS）概念相似，不过尺度更小。他们承诺具有革命性的能力去测量小到分子尺度的位移和力，并且与纳米科技密切相关。

有两种研究途径被研究者视为标准的NEMS研究方法。一种方法，自上而下，可以总结为“用一套工具来制作一套更小的工具”。例如，一个用毫米量级的工厂制作出来微米量级的工具，可以用来制作纳米量级的器械。另一种方法自下而上，可以被认为是组装原子和分子，使之达到期间所要求的复杂度和功能。这种过程可能用到自组装或分子生物系统。2

本词条内容贡献者为:

李晓林 - 教授 - 西南大学