兰州化物所提出电场精准调控原子尺度摩擦新路径 逼近“超润滑”状态

摩擦是机械系统中普遍存在的物理现象,也是导致能量耗散和设备效率下降的重要因素。

据统计,工业领域中因摩擦造成的能源浪费约占全球能耗的三分之一,这一问题在精密机械、航空航天等高端装备领域尤为突出。

如何实现摩擦的主动控制与调节,已成为摩擦学与材料科学领域的关键科学问题,也是提升装备性能、延长使用寿命的重要途径。

中国科学院兰州化学物理研究所研究团队瞄准这一前沿课题,采用创新的研究思路和方法取得了新的突破。

团队自主搭建了名为LICP-FPHTC-Platform的高通量计算平台,这一平台具有强大的数据处理能力和计算精度,为深入研究原子尺度摩擦现象提供了重要工具。

研究工作以类h-BN滑移铁电材料为研究对象,这类材料具有独特的层状结构和铁电特性,在原子尺度摩擦控制中具有潜在应用前景。

团队系统研究了8种不同结构的类h-BN滑移铁电材料在不同电场强度下的表现,重点关注了电子极化状态、电荷密度分布和摩擦性能之间的相互关系。

通过大量的计算模拟和理论分析,研究人员建立了摩擦力与外加电场之间的定量关系,揭示了电场调控摩擦的微观机制。

研究发现,通过施加交变电场,可以动态改变材料层间的极化状态,进而降低原子滑动时的能垒高度,使摩擦系数大幅下降,最终实现接近零摩擦的"超润滑"状态。

这一发现表明,电场不仅可以被用作摩擦的被动测量工具,更可以成为主动调控摩擦性能的有效手段。

为了将这一发现理论化,研究团队结合极化理论进一步推导出了超润滑状态对应的临界电场强度的计算公式,从理论上完整解释了电场调控机制,为后续的应用研究提供了坚实的理论基础。

这项研究成果已在国际学术界产生了广泛影响,相关论文发表在享有盛誉的《物理评论快报》(Physical Review Letters)上。

该期刊是国际物理学领域最权威的学术刊物之一,论文的刊发充分体现了本研究工作的创新性和学术价值。

该项研究工作得到了国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项以及中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队项目等多方面的资助和支持,这充分说明了该研究方向的重要性和前瞻性。

从达芬奇时代对摩擦现象的朴素认知,到今日原子尺度的精准调控,人类对摩擦本质的探索永无止境。

这项研究不仅实现了基础理论的重大突破,更彰显了我国在尖端材料领域的创新能力。

随着超润滑技术从实验室走向产业化,或将引发机械工业的又一次效能革命,为高质量发展注入新的科技动能。