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“重”原子可减少纳米尺度的摩擦
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作者：于乃森 来源：科学网 www.sciencenet.cn 发布时间：2007-11-14 16:17:22 小号字 中号字 大号字 美国宾夕法尼亚大学机械工程系的研究小组近来发现：滑动物体之间的摩擦可以通过改变接触表面处的原子的原子量，从而在分子或纳米尺度下降低摩擦。因为原子量大的较“重”原子的低频振动减少了物体之间的能量损耗。此项研究发表在11月2日的《科学》杂志上。 实验中采用原子力显微镜如同老式唱片机针头那样通过在金刚石和硅晶体表面划移来测量摩擦力。在此之前，先将上述晶体表面镀上两种特别设计吸附物中的一种，此吸附物可以很好地反映出表面处原子的振动情况，第一种吸附物为氢原子，另外一种是氢的同位素氘。 研究发现表面较“重”的原子，比如本实验中的氘，会产生很少的热损失。对此解释为原子量较大氘会导致表面原子的低频振动。从而使得这些原子与其上的原子力显微镜针尖接触的几率大为降低，因此热量损耗也相对较慢。 晶体表面的单原子层充当能量传递的介质，吸收原子力显微镜针尖处的动能。研究发现吸收能量的多少与被吸附体固有频率有关。原子量越大的原子，相应固有频率也越低。相对原子量较小的原子具有较快的振动频率，因此能量损耗的也相应较快。 长期以来，工业上一直关心如何减少物体之间的摩擦，既要保持系统能量，同时也要降低其产生的热以及磨损，热与磨损可以削弱机械和材料性能使其易断裂。研究者指出应用此摩擦模型，即采用相反增大摩擦的方法，可应用于一些机械零件比如汽车的离合器。研究人员将继续深入地研究摩擦的具体机制，以及一些目前相关的尚未解决的问题包括摩擦对周围环境温度和空气的影响。 这项研究是由以下人员完成：宾夕法尼亚大学工程及应用科学学院材料科学与工程系的Carpick和Brukman，和现为Ibm苏黎世研究实验室的Rachel J. Cannara以及现为阿贡国家实验室的Anirudha V. Sumant和休斯敦大学Steven Baldelli 和Katherine Cimatu。 此项研究得到了美国国家科学基金会，美国国家研究生研究基金和空军科学研究的资助。（于乃森/编译） （《科学》（Science），Vol. 318. no. 5851, pp. 780 – 783，Rachel J. Cannara, Robert W. Carpick） |
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