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软材料接触界面广泛存在于各种实际应用中，例如生物胶粘剂，汽车轮胎和关节软骨。实际上，软材料接触界面往往由于冷凝水或有机污染而处于（部分）润湿状态，这可能会对摩擦造成不利影响，导致车辆打滑或橡胶磨损等。因此，研究橡胶的润湿摩擦特性，对提高系统的使用性能，确保设备运行可靠性具有重要意义。
本研究为了研究表面波对接触界面由湿向干转变时摩擦增强的影响，在原位微摩擦仪上进行了摩擦实验，测量了具有不同弹性模量的氮化硅球与聚二甲基硅氧烷（PDMS）薄膜之间的接触。对水分蒸发过程中接触形态的演变进行了监测。此外，通过数值模拟评估软基底的面外变形，探究了弹性不稳定性对毛细黏附摩擦的影响。
本文通过实验测试和数值模拟相结合的方式，得出以下三点重要发现：
（1）研究发现软材料基底的弹性模量会影响接触摩擦增强幅度，利用边界润滑模型建立水膜-摩擦关系时发现，随着弹性模量的降低，理论预测结果与实验测量结果的偏差逐渐增大。边界润滑模型预测的差异性表明，除了固-固接触和水膜的贡献外，还有其他因素削弱了摩擦的积累。
（2）有限元分析（FEA）模拟显示，随着弹性模量的减小，Schallamach波的传播距离越长，传播频率越高，截留空气越多，接触面之间的分离距离增大。
（3）结合实验和模拟结果，建立了摩擦系数、接触面积和水膜面积之间的定量关系，揭示了Schallamach波抑制摩擦增强的应力松弛机制。
研究结果为实现粘弹性体润湿接触界面摩擦调控提供了理论基础。为实现摩擦峰的有效控制和合理利用，降低车辆和滑倒事故的风险，提高相应系统的性能以及装备运行可靠性，节约资源和保护生态环境等方面具有重要的指导意义。为提高复杂环境下机械抓手夹持可靠性及爬行机器人攀爬角度，提供了设计思路。
高天燕，中国科学技术大学工程科学学院力学系博士后。获得国家自然科学基金青年项目资助。研究领域包括表界面力学、润湿接触界面摩擦调控、纳米摩擦学。
汪国睿，中国科学技术大学工程科学学院特任教授，入选国家创新人才计划青年项目，中国科学院引才计划青年类项目，获得国家自然科学基金重点、青年科学基金、海外优秀青年科学基金等项目资助。研究领域包括实验力学、微纳米力学、复合材料力学。获中国科学院优秀博士论文奖。
张忠，中国科学技术大学工程科学学院长聘教授。获得国家杰出青年科学基金资助（2012）。研究领域包括纳米复合材料力学、结构功能一体化纳米复合材料应用研究。获德国政府在洪堡基金会首次设立的Sofja Kovalevskaja Award青年科学家奖，“中国科学院先进工作者”荣誉称号，入选国家百千万人才工程，被授予“有突出贡献中青年专家”荣誉。
期刊简介
Friction（《摩擦（英文）》）是清华大学主办的国内首个摩擦学领域国际学术期刊，旨在发表和出版涵盖接触、摩擦、磨损、润滑、表面粘着和界面科学跨学科的创新性研究论文及专题性综述文章，致力于为国内外摩擦学和表面界面科学领域的学者搭建一流的国际学术交流平台，促进摩擦学在中国和国际学术界之间的交流和发展。其2024年影响因子为8.2，在Web of Science核心合集数据库机械工程领域182种期刊中排名第7位(前4%)，稳居Q1区。现为月刊，年发文量160篇。2024年入选“中国科技期刊卓越行动计划二期”领军期刊。2025年起，Friction正式转至自主科技期刊国际化数字出版平台SciOpen发布传播，实现完全独立运营，踏上中国科技期刊自主办刊新征程！
撰稿人 | 高天燕
编 辑 | 徐 军
审 核 | 解国新
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