清華大學(xué)和以色列特拉維夫大學(xué)的研究人員合作發(fā)現(xiàn)，原本僅限于學(xué)術(shù)領(lǐng)域的超潤滑現(xiàn)象可以讓微器件以每小時90公里的速度發(fā)生相對滑動。未來可能的應(yīng)用包括小型化的硬盤讀寫磁頭、用于無線通訊的高頻振蕩器以及其他依賴高速運動的微器件。

清華大學(xué)微納米力學(xué)中心主任鄭泉水教授課題組的這一研究成果近日發(fā)表在美國《物理評論快報》上，并被美國物理學(xué)會新聞網(wǎng)站Physics重點報道。

現(xiàn)實生活中，沒有摩擦很難想象，但是摩擦也會導(dǎo)致巨大的能量浪費。為了減少這種浪費，潤滑劑在從鉸鏈到汽車引擎等許多領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。然而，全球仍有約1/3的用于運輸?shù)娜剂夏茉聪脑诳朔Σ辽?。?dāng)系統(tǒng)尺寸縮小到微芯片的大小時，情況就變得更糟。在微觀尺度，物體極高的表面積—體積比，使得摩擦這種表面現(xiàn)象變得十分顯著。而且，由于尺度的原因，在微器件中加入潤滑劑十分困難。

在這項研究中，論文第一作者、清華大學(xué)微納米力學(xué)中心博士生楊佳瑞，基于激光刀口法建立了一套檢測石墨片自回復(fù)運動的設(shè)備，并成功的測量了其速度。實驗結(jié)果表明，一個邊長為3微米的方形石墨納米級薄片在自回復(fù)運動中可以達(dá)到每小時90公里的滑動速度。有趣的是，這一最高速度是在將石墨片加熱到100℃以上才能達(dá)到。研究人員對此現(xiàn)象的解釋是，溫度的升高增加了石墨片原子的振動，幫助它克服了由不可避免的界面缺陷導(dǎo)致的阻礙滑動的勢壘。

開展這項研究之前，超潤滑的實驗只能在微米每秒的速度下進(jìn)行，大致等同于蝸牛的爬行速度。而且這些實驗條件苛刻，要求超高真空以及納米級的接觸點。對此，鄭泉水教授表示：“在如此大的尺度下觀察到高速超潤滑，并且是在普通的大氣環(huán)境下，這為超潤滑概念提供了實用化的可能。”