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超滑表示两个滑动表面之间摩擦力为零或接近零的润滑状态,是一种能够显著降低摩擦、减小磨损的技术手段,对于提高机械装备使用寿命、节能减排、实现双碳战略具有重要意义。在液体超滑领域,目前已经实现了多种超滑体系,取得了丰硕的成果。本文通过综述超滑概念提出以来的液体超滑探索历程,并对未来研究进行展望,力求带给读者一个清晰的研究思路,并触发更多更深入的研究。
首先介绍了四种水基超滑体系的发展历程及相应的实现机理,并围绕如何降低边界润滑状态下的摩擦展开进一步阐述。之后,归纳了水合润滑材料与二维材料实现超滑的现象和机理。针对水合作用,阐述了实现水合超滑的两种方法:提高润滑剂中离子水合强度、增强摩擦副表面负电荷密度。针对二维材料,阐述了其作为添加剂实现的液体超滑现象以及作为涂层实现的固液界面耦合超滑现象。最后,提出了目前实现液体超滑的约束条件,并探讨了下一步研究思路。
详细归纳总结了30年来液体超滑领域尤其是水基超滑现象与机理方面的研究进展,包括水与酸基溶液、水合润滑材料、离子液体、二维材料等超滑体系,并结合Stribeck曲线分析了不同超滑体系中的超滑机理和实现条件。总结提出了目前实现液体超滑的途径:光滑表面作为摩擦副,低剪切阻力(低粘度、低粘压系数)且高承载能力的分子作为润滑剂。从五个方面分析探讨了未来研究计划。为后续探索新型液体超滑体系、设计超滑摩擦副提供了详尽的数据支撑和明确的理论指导。
摩擦、磨损、润滑涉及机械、交通运输、航空航天、冶金、海洋、化工、生物医学工程等诸多工业领域。而超滑这一基础科学领域的研究,将促进微纳米尺度设备(微机电系统、微纳机器人等)和重大机械装备(深空、深海、深地等)的显著技术进步。因此,超滑研究前景广阔,能够保证机械系统低摩擦、低磨损、高可靠、长寿命服役,提升机械系统效率,促进节能减排,助力双碳战略目标实现。
张晨辉,清华大学机械工程系长聘教授,摩擦学国家重点实验室常务副主任、亚洲摩擦学理事会秘书、中国机械工程学会摩擦学专业委员会委员。研究领域包括超滑机理和技术、水基润滑理论与技术、润滑节能技术、涂层技术。发表SCI论文100余篇。获国家自然科学二等奖1项,国家科技进步二等奖1项,省部级一等奖3项。获国家自然科学基金杰出青年基金资助,获腾讯基金会首届科学探索奖。
韩天翼,清华大学机械工程系博士后。研究领域包括液体超滑、水合润滑、表界面科学与技术。
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2020年影响因子为6.167,在国际摩擦学领域15余种SCIE数据库收录期刊中排名第一,成为我国乃至亚洲首个进入全球机械工程领域前10名的国际学术期刊(大类学科排名前8%)。2019年入选“中国科技期刊卓越行动计划”领军期刊(全国共22项),2021年荣获“第五届中国出版政府奖期刊奖提名奖”,2022年变为月刊,年发文量120篇,在Springer平台和SciOpen平台同时完全开放获取出版。
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