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摩擦现象广泛存在于生物和工程系统中,虽然摩擦在运动中不可缺少,但也会导致能量损失和材料磨损。润滑剂,特别是液体润滑剂,被广泛应用于减少摩擦的负面影响。然而,纳米限域条件下液体中的摩擦现象受表面力和液体性质等多种因素影响,其分子和界面相互作用机制尚不完善。本文旨在综述纳米限域条件下液体中的表面力及其对摩擦现象的影响。
本文首先总结了表面力、纳米流变学和纳米摩擦学的基本概念,分析了纳米限域条件下液体中的代表性摩擦现象,并将其与表面力和液体性质相关联。接着,介绍了表面力仪(SFA)和原子力显微镜(AFM)等纳米力学技术在摩擦学研究中的应用。最后,综述了不同液体(水溶液和非极性液体)中的代表性工作,并从表面力的角度分析了相应润滑措施的潜在机制。
本文系统综述了纳米限域条件下液体中的表面力及其对摩擦现象的影响,提出了表面力与摩擦现象之间的关联机制。通过引入先进的纳米力学技术(如SFA和AFM),提供了对纳米尺度摩擦现象的研究方法及深入理解。此外,本文还总结了不同液体中的代表性摩擦实验研究,为开发新型润滑剂和抗磨损材料提供了理论依据。
本文的研究成果可为开发高效的润滑策略和抗磨损材料提供理论指导,特别是在生物医学植入物、机械设备和功能性材料等领域。通过调控表面力和液体性质,可以设计出具有优异润滑性能的材料,减少能量损失和材料磨损,提升设备的运行效率和寿命。此外,本文的研究还为纳米流体在分离、传输等领域的应用提供了新的思路。
Chenyu Qiao加拿大阿尔伯塔大学在读博士生。研究兴趣主要集中在水介质中的分子间和表面相互作用,具体应用领域包括水/油分离、粘附、摩擦和润滑等。
Hongbo Zeng 加拿大阿尔伯塔大学化学工程和材料工程系教授、加拿大皇家科学院院士、加拿大工程院院士、分子力和界面科学一级研究讲席教授。研究兴趣集中于胶体和界面科学以及功能材料,特别关注软物质和工程应用中的分子间和表面相互作用,已出版专著一部和500多篇期刊论文。
编辑 | 徐军
审核 | 解国新
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2023年影响因子为6.3,五年影响因子为6.7,在Web of Science核心合集数据库机械工程领域183种期刊中排名第9位(前5%),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!
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