<p>如果沒有這種叫做摩擦力的力，汽車就會滑出路面，人類就無法在人行道上大步前進，物品就會從廚房的柜臺上摔到地板上。</p> <p>&nbsp;</p> <p>即便如此，人們對分子尺度上的摩擦機理仍然知之甚少。</p> <p>&nbsp;</p> <p>利用復雜的建模和計算機模擬，由約翰霍普金斯大學懷廷工程學院和克里格藝術(shù)與科學學院的博士后研究員領(lǐng)導的團隊在分子和宏觀尺度上研究了摩擦。該團隊的研究結(jié)果發(fā)表在《ACS Nano》雜志上，不僅揭示了一般的摩擦，而且還可以為改進的假體設(shè)備和人工關(guān)節(jié)的設(shè)計提供信息。<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，因為它不受單一相互作用的控制，就像電荷之間的吸引;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，因為摩擦的一個特殊特征叫做老化，即當一個固體長時間停留在另一個固體上而不滑動時，將它們分開所需的力會增加。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的摩擦學與動力學實驗室(Laboratoire de Tribologie et Dynamique des Syst&egrave;mes)的研究小組成員此前進行了一些實驗，詳細描述了涂有脂肪酸(一種環(huán)保潤滑劑家族)的表面的摩擦響應，但僅靠這些實驗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>團隊成員、懷廷學院機械工程教授Jaafar El-Awady說:&ldquo;我們的模擬讓我們嘗試了實驗中不可能的事情，比如如果接觸的表面在數(shù)學上是平的，會發(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，因為里昂團隊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表面上接觸，讓接觸點邊緣的分子自由移動。隨著時間的推移，更多的分子相互接觸，導致衰老。</p> <p>&nbsp;</p> <p>雖然所發(fā)現(xiàn)的機制不是唯一可以解釋摩擦系統(tǒng)老化的機制，但研究小組認為它可以應用于廣泛的系統(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)計很重要。一些研究估計，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>研究團隊成員指出，這項研究中使用的模擬設(shè)計最初是由約翰&middot;霍普金斯大學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模擬，以成功實現(xiàn)目標，并將其獻給馬克。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新聞直譯，僅供參考，不代表指南者留學態(tài)度觀點。</p> </blockquote>