美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)機(jī)械工程系的研究小組近來發(fā)現(xiàn)：滑動(dòng)物體之間的摩擦可以通過改變接觸表面處的原子的原子量，從而在分子或納米尺度下降低摩擦。因?yàn)樵恿看蟮妮^“重”原子的低頻振動(dòng)減少了物體之間的能量損耗。此項(xiàng)研究發(fā)表在11月2日的《科學(xué)》雜志上。
 
      實(shí)驗(yàn)中，科學(xué)家采用原子力顯微鏡如同老式唱片機(jī)針頭那樣，通過在金剛石和硅晶體表面劃移來測(cè)量摩擦力。在此之前，研究人員先將上述晶體表面鍍上兩種特別設(shè)計(jì)吸附物中的一種，此吸附物可以很好地反映出表面處原子的振動(dòng)情況，第一種吸附物為氫原子，另外一種是氫的同位素氘。
 
      研究發(fā)現(xiàn)表面較“重”的原子，比如本實(shí)驗(yàn)中的氘，會(huì)產(chǎn)生很少的熱損失。對(duì)此解釋為原子量較大氘會(huì)導(dǎo)致表面原子的低頻振動(dòng)。從而使得這些原子與其上的原子力顯微鏡針尖接觸的幾率大為降低，因此熱量損耗也相對(duì)較慢。
 
      晶體表面的單原子層充當(dāng)能量傳遞的介質(zhì)，吸收原子力顯微鏡針尖處的動(dòng)能。研究發(fā)現(xiàn)吸收能量的多少與被吸附體固有頻率有關(guān)。原子量越大的原子，相應(yīng)固有頻率也越低。相對(duì)原子量較小的原子具有較快的振動(dòng)頻率，因此能量損耗的也相應(yīng)較快。
 
      長(zhǎng)期以來，工業(yè)上一直關(guān)心如何減少物體之間的摩擦，既要保持系統(tǒng)能量，同時(shí)也要降低其產(chǎn)生的熱以及磨損，熱與磨損可以削弱機(jī)械和材料性能使其易斷裂。研究者指出應(yīng)用此摩擦模型，即采用相反增大摩擦的方法，可應(yīng)用于一些機(jī)械零件比如汽車的離合器。研究人員將繼續(xù)深入地研究摩擦的具體機(jī)制，以及一些目前相關(guān)的尚未解決的問題包括摩擦對(duì)周圍環(huán)境溫度和空氣的影響。
 
      這項(xiàng)研究是由以下人員完成：賓夕法尼亞大學(xué)工程及應(yīng)用科學(xué)學(xué)院材料科學(xué)與工程系的Carpick和Brukman，和現(xiàn)為Ibm蘇黎世研究實(shí)驗(yàn)室的Rachel J. Cannara以及現(xiàn)為阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的Anirudha V. Sumant和休斯敦大學(xué)Steven Baldelli 和Katherine Cimatu。
 
      此項(xiàng)研究得到了美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)，美國(guó)國(guó)家研究生研究基金和空軍科學(xué)研究的資助。