科研進(jìn)展
蘭州化物所發(fā)表摩擦物理模型綜述文章
摩擦是幾乎所有運(yùn)動(dòng)部件中固有的現(xiàn)象，易引發(fā)設(shè)備故障和經(jīng)濟(jì)損失，因此摩擦控制對(duì)降低能耗、延長(zhǎng)設(shè)備壽命及提高系統(tǒng)穩(wěn)定性至關(guān)重要。摩擦研究歷史悠久，從15世紀(jì)的早期探索到現(xiàn)代微觀尺度的突破，已提出大量理論模型。然而，摩擦本質(zhì)上是多因素和多機(jī)制耦合的結(jié)果，這種復(fù)雜性導(dǎo)致當(dāng)前摩擦研究仍處于現(xiàn)象描述階段，不能量化摩擦，因此，亟需發(fā)展更精確、普適的物理模型以推動(dòng)摩擦學(xué)科從現(xiàn)象描述階段到理論階段的轉(zhuǎn)變。
圖1.摩擦的多因素與多機(jī)制耦合。
近日，中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所潤(rùn)滑材料全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室計(jì)算摩擦學(xué)團(tuán)隊(duì)在滑動(dòng)摩擦的物理模型方面發(fā)表綜述文章，從力學(xué)和能量耗散兩個(gè)方面，綜述了宏觀到微觀尺度的摩擦物理模型及其發(fā)展歷史，從四個(gè)典型的摩擦現(xiàn)象出發(fā)——摩擦的負(fù)載和接觸面積依賴、摩擦的速度依賴、摩擦的層數(shù)依賴、摩擦的電荷密度演化依賴，分析了現(xiàn)有摩擦模型的物理內(nèi)涵和適用性，并探討了面臨的挑戰(zhàn)。
圖2.基于力學(xué)摩擦物理模型的發(fā)展歷程。
圖3.宏觀尺度基于能量耗散摩擦物理模型的發(fā)展歷程。
該綜述文章系統(tǒng)性地梳理和整合了從宏觀經(jīng)典定律到微觀原子尺度近百年的摩擦物理模型發(fā)展脈絡(luò)，清晰揭示了摩擦作為多機(jī)制耦合復(fù)雜現(xiàn)象的本質(zhì)。通過(guò)基于負(fù)載、接觸面積、速度、層數(shù)等典型摩擦依賴性對(duì)各類模型進(jìn)行深入比較，深化了對(duì)摩擦物理起源的理解，明確指出了現(xiàn)有模型在預(yù)測(cè)精度、跨尺度能力及參數(shù)第一性原理計(jì)算等方面的局限與挑戰(zhàn)，為摩擦學(xué)研究者提供了寶貴的“知識(shí)圖譜”和清晰的未來(lái)發(fā)展方向，旨在推動(dòng)摩擦研究從現(xiàn)象描述向定量預(yù)測(cè)和精準(zhǔn)控制的范式轉(zhuǎn)變。
圖4.微觀尺度基于能量耗散摩擦物理模型的發(fā)展歷程。
該綜述文章以“Physical Models of Sliding Friction: A Review”為題發(fā)表在Friction（2025,13,9441132）上。蘭州化物所博士生呂秋辰為論文第一作者，何文豪副研究員和魯志斌研究員為通訊作者。
上述研究得到了中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（B類）、國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院“西部之光-西部交叉團(tuán)隊(duì)”項(xiàng)目、中國(guó)科學(xué)院穩(wěn)定支持基礎(chǔ)研究領(lǐng)域青年團(tuán)隊(duì)計(jì)劃等項(xiàng)目的支持。
