近日，中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室材料表面与界面研究团队，受水黾在水面运动具备高速、低摩擦、低阻力特性的启发，构建了一种具有有限润湿区域的特殊浸润界面，并利用纳米摩擦仪搭建了一种基于固-液-气-固多相复合摩擦系统，系统研究了基本摩擦学性能与润滑介质、特殊润湿性和摩擦学参数之间的关系（图1）。

图1 超低摩擦体系的构筑及摩擦学性能探究

　　该工作以超疏水材料作为摩擦副、亲水材料作为对偶，通过亲水材料对水的粘附锚固出一个稳定的水膜（图1）。在超疏水表面，运动过程中固液界面摩擦力主要受接触角滞后力和液体粘性阻力(内摩擦力)的影响。基于搭建的摩擦体系，通过改变注入水的体积，研究了摩擦系数随液体体积的变化规律，发现采用40μL去离子水时具有最低的动摩擦系数（μ=0.005）。通过改变接触应力和频率，揭示了摩擦系数随接触应力和滑移频率的变化规律，实现了255Pa的最大接触应力和0.002的最小摩擦系数，且在不同的边界滑移速度下均可获得超低的摩擦系数（图1）。此外，通过两界面间润滑组分（水）的注入，可避免基底和对偶之间的直接接触，进而防止了磨损现象的发生，实现了零磨损。

　　研究团队采用多体耗散粒子动力学的方法模拟了润滑液膜的动态剪切，将不同剪切速度和载荷的模拟结果与实验测试结果进行对比（图2），证实了该体系超低摩擦系数主要来源于滑移过程中接触角滞后力。研究人员还发现摩擦系数随接触应力的增大而减小，随频率的增大而增大，表明所构建的超低摩擦系统属于流体润滑范畴。

图2 多体耗散粒子动力学模拟

　　研究发现，构筑的超低摩擦体系在较长的时间范围内（~5000 s）具有动态稳定性，将润滑组分由水替换为离子液体后仍可实现较低的摩擦系数。该工作为搭建基于绿色润滑组分的超低摩擦体系提供了模型。

图3 体系摩擦力来源分析及应用探究

　　相关研究成果以“Super-wetting interfaces as multiphase composite prototype for ultra-low friction”为题发表在Green Chemistry（https://doi.org/10.1039/D2GC02362H）上，中国科学院大学硕士生李谋吉为论文第一作者，周峰研究员、于波研究员和鲍璐瑶助理研究员为通讯作者。

　　以上研究工作得到了国家自然科学基金重点项目和面上项目的支持。

来源：固体润滑国家重点实验室