<p>如果沒有這種叫做摩擦力的力，汽車就會(huì)滑出路面，人類就無法在人行道上大步前進(jìn)，物品就會(huì)從廚房的柜臺(tái)上摔到地板上。</p> <p>&nbsp;</p> <p>即便如此，人們對分子尺度上的摩擦機(jī)理仍然知之甚少。</p> <p>&nbsp;</p> <p>利用復(fù)雜的建模和計(jì)算機(jī)模擬，由約翰霍普金斯大學(xué)懷廷工程學(xué)院和克里格藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院的博士后研究員領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)在分子和宏觀尺度上研究了摩擦。該團(tuán)隊(duì)的研究結(jié)果發(fā)表在《ACS Nano》雜志上，不僅揭示了一般的摩擦，而且還可以為改進(jìn)的假體設(shè)備和人工關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)提供信息。<img src="https://api.hub.jhu.edu/factory/sites/default/files/styles/hub_medium/public/2023-01/ACS%20Nano%20graphic%20.jpg" alt="A graphic showing frictional aging" width="420" height="236" />&nbsp;</p> <p>&ldquo;摩擦令人困惑，因?yàn)樗皇軉我幌嗷プ饔玫目刂疲拖耠姾芍g的吸引;它產(chǎn)生于不同規(guī)模的過程的組合。在我們的工作中，我們試圖將納米世界和宏觀世界聯(lián)系起來，因?yàn)槟Σ恋囊粋€(gè)特殊特征叫做老化，即當(dāng)一個(gè)固體長時(shí)間停留在另一個(gè)固體上而不滑動(dòng)時(shí)，將它們分開所需的力會(huì)增加。我們想找出原因。&rdquo;Lucas Fr&eacute;rot說，他現(xiàn)在是Albert-Ludwigs-Universit&auml;t's institute for microkrosystemtechnik的博士后研究員。</p> <p>&nbsp;</p> <p>法國里昂中心&Eacute;cole的摩擦學(xué)與動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室(Laboratoire de Tribologie et Dynamique des Syst&egrave;mes)的研究小組成員此前進(jìn)行了一些實(shí)驗(yàn)，詳細(xì)描述了涂有脂肪酸(一種環(huán)保潤滑劑家族)的表面的摩擦響應(yīng)，但僅靠這些實(shí)驗(yàn)無法解釋老化背后的現(xiàn)象。通過測量表面粗糙度和單分子厚的脂肪酸分子層的特性，約翰霍普金斯大學(xué)的研究小組能夠在分子模擬中再現(xiàn)衰老過程。</p> <p>&nbsp;</p> <p>團(tuán)隊(duì)成員、懷廷學(xué)院機(jī)械工程教授Jaafar El-Awady說:&ldquo;我們的模擬讓我們嘗試了實(shí)驗(yàn)中不可能的事情，比如如果接觸的表面在數(shù)學(xué)上是平的，會(huì)發(fā)生什么。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>他們發(fā)現(xiàn)老化的主要原因是表面粗糙度。事實(shí)上，根據(jù)Fr&eacute;rot的說法，沒有粗糙度的模型根本沒有老化。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;這令人驚訝，因?yàn)槔锇簣F(tuán)隊(duì)測量的表面粗糙度非常小;地球表面最高的山和最深的谷之間的距離大約是一個(gè)脂肪酸分子的長度。&rdquo;Fr&eacute;rot網(wǎng)站說。</p> <p>&nbsp;</p> <p>研究小組得出結(jié)論，即使是如此小的粗糙度也足以阻止分子在整個(gè)表面上接觸，讓接觸點(diǎn)邊緣的分子自由移動(dòng)。隨著時(shí)間的推移，更多的分子相互接觸，導(dǎo)致衰老。</p> <p>&nbsp;</p> <p>雖然所發(fā)現(xiàn)的機(jī)制不是唯一可以解釋摩擦系統(tǒng)老化的機(jī)制，但研究小組認(rèn)為它可以應(yīng)用于廣泛的系統(tǒng)，在這些系統(tǒng)中，他們研究的鏈狀分子(如脂肪酸)在表面形成保護(hù)層。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;這是關(guān)節(jié)等生物系統(tǒng)的情況，如果我們更好地了解這些系統(tǒng)，我們就可以設(shè)計(jì)出更好、更耐用的假肢。從更廣泛的意義上講，理解摩擦背后的物理原理對可持續(xù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)很重要。一些研究估計(jì)，全球約23%的能源消耗是由摩擦造成的。&rdquo;Fr&eacute;rot說。</p> <p>&nbsp;</p> <p>研究團(tuán)隊(duì)成員指出，這項(xiàng)研究中使用的模擬設(shè)計(jì)最初是由約翰&middot;霍普金斯大學(xué)物理和天文系教授馬克&middot;羅賓斯(Mark O. Robbins)設(shè)想的，他于2020年去世。</p> <p>&nbsp;</p> <p>埃爾-阿瓦迪說:&ldquo;盧卡斯和我繼續(xù)與我們的合作者一起推動(dòng)模擬，以成功實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，并將其獻(xiàn)給馬克。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新聞直譯，僅供參考，不代表指南者留學(xué)態(tài)度觀點(diǎn)。</p> </blockquote>