研究人员使用电和水来控制离子表面的摩擦。由于水形成的纳米电极能渗透到样品表面，从而可以增加或减少摩擦。

（来源：ORNL）

 

摩擦会对运动产生影响，因此，控制摩擦力显得尤为重要。目前主要通过机械手段或润滑来实现对摩擦力的控制，但是来自橡树岭国家实验室能源部的科研人员发现一种使用电刺激和环境水蒸汽在纳米尺度上控制离子表面摩擦的方法。

“我们的发现对宏观以及纳米器件的应用都有显著的技术方面的影响。” 该研究主要作者Evgheni Strelcov说道。“一方面，通过减少或增加摩擦，可以控制机械能损失、增加微机电系统各部件耐磨性，从而对应用能源研究会产生巨大的影响，另一方面也为基础科学研究打开新的局面。”

通过使用原子力显微镜诱发产生的强电场，研究人员能够同时增加和减少运动电极和离子表面之间的摩擦。他们认为这是由于空气中的湿气凝结成液体，从而可以减小摩擦。同时，进一步加强电场会使纳米电极穿透表面，并增加摩擦。这种穿透效应是一个完全出乎意料的效果，和传统的控制摩擦的其它方法完全不同。传统方法往往需要加入润滑剂，而不是采用直接从周围环境获得的资源。此外，有别于其他电化学方法，新技术不需要电流，不涉及相应的能量损失。

“由于没有电流，消除了焦耳热和其它相应能量消耗，因此从节约电能的角度看是非常有益的。” 带领小组制定相关理论模型的Bobby Sumpter介绍道。

这项工作是建立在纳米材料科学中心（CNMS）对材料机械电气操作、电化学特性和铁电特性的探索基础之上的。

“十年前，我们对纳米还持有偏见，”Sergei Kalinin说，“如今，我们不仅可以观察，甚至能控制诸如摩擦这类现象，这是非常令人鼓舞的。”该论文作者包括来自橡树岭国家实验室的Rajeev Kumar，纳米材料科学中心计算机科学和数学系的Bobby Sumpter，化学系的Vera Bocharova，纳米粉体材料科学的Sergei Kalinin, Evgheni Strelcov 和Alexander Tselev。

该研究工作是在橡树岭国家实验室能源部实验室指导研究和发展计划部门的资助下完成的，完成地点为橡树岭国家实验室能源部科学用户设施办公室纳米材料科学中心。

该研究成果发表在《科学报告》杂志上。

 

新材料在线编译整理—— 翻译：杨超