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沒有摩擦的機械配件有望在未來成為現實
發布日期:2024-02-07

軸承網了解,摩擦,是導致一切機械產品壽命發生損耗,失去作用的重要原因之一,摩擦帶來的損失是任何一個國家都不得不重視的問題。如果能制造出沒有摩擦的、超潤滑的產品,比如說軸承,那么這個世界將會進入一個跨時代的狀態。

據了解,清華大學魏飛教授帶領的研究團隊宣布,在世界上首次檢測到大氣環境中宏觀尺度的超潤滑現象,這為人類今后克服摩擦現象帶來了一線曙光。解決摩擦磨損問題的良方就是實現超潤滑。超潤滑真的存在嗎?過去20年,許多科學實驗證明,它只在特殊的微納米尺度且大多數在超高真空條件下實現,但這離實際應用很遠??茖W家們一度以為,在宏觀尺度下實現超潤滑幾乎不可能。

10年間,清華大學化學工程系教授魏飛帶領的團隊在碳納米管方面做了大量研究。軸承網了解到,他們發現,碳納米管相鄰的兩層管壁之間可發生大尺度的相對滑動,這是研究超潤滑的理想材料。隨后,他們聯合清華大學微納米力學與多學科交叉創新研究中心與北京大學信息學院開展實驗。

研究人員首先制造出堪稱完美的碳納米管,并且證明碳納米管在長達數厘米的范圍內沒有任何缺陷。然而碳納米管的直徑僅為幾納米,約為頭發絲的萬分之一,長度卻可以達到數厘米,要想精準地測量內管和外管之間的相對運動非常困難。研究團隊設計出一種新穎的標記辦法,他們在碳納米管的表面負載很多二氧化鈦納米顆粒,這種顆粒能散射可見光,通過觀測這些納米顆粒之間的間距變化,就可以獲取碳納米管內外管層之間的相對滑動信息。

在實驗中,研究人員觀察到,厘米級長度的碳納米管內外壁之間可以發生快速的相對滑動,并且測量出管壁間的超低摩擦力,從而證明了超潤滑現象。有趣的是,這種摩擦力與碳納米管的長度沒有關系,即無論多長的碳納米管,其內層都可以被輕易地抽出來。

值得一提的是,他們還發現,在兩端發生斷裂的碳納米管外壁上負載一些納米片狀結構,就可以自然形成一個微型風車,輕輕吹一口氣,就能高速運轉,這也間接證明了超潤滑現象。

如果科學家們一旦制造出超潤滑的材料和器件,那么“永不停止”的機械表和“永不磨損”的軸承就可能成為現實。軸承網了解到,那么全球三分之一到二分之一的一次性能源就不會在摩擦中損耗,因摩擦造成的占GDP5%以上的損失就會節省下來,經濟效益和環保效益不可限量。

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