电场与材料摩擦学行为间耦合作用机理的研究

本项目主要研究自生电场和外加电场与材料摩擦、磨损和润滑行为之间的耦合作用机理，重点研究材料表面结构对摩擦起电影响的机理、电接触材料的摩擦磨损行为与机理、电控摩擦的机理与应用、电场对薄膜润滑成膜特性的影响机理以及计及电场效应的摩擦擦能量耗散机制。通过实验和理论研究，获得电场与材料摩擦学行为间耦合作用的规律，揭示其物理机制，拓展摩擦学的理论和技术体系，为微纳系统和宏观机械中相关表面/界面技术的发展奠定坚实的基础。

本项研究从外加电场对薄膜润滑的影响规律、表面电势对边界润滑的作用机理和控制以及干接触条件下的固／固界面间的接触和摩擦起电的微观机理等几方面开展实验研究、测试和理论分析，.取得如下一些研究结论：.1、.通过综合运用电化学分析、石英晶振微天平、原子力显微镜以及摩擦磨损实验等手段，澄清了电控摩擦现象发生的基本条件和主要机理，包括：（1）电控摩擦可以在润滑液和摩擦副表面不发生电化学反应的电位窗口内实现，因此可以排除所有电化学反应的影响；（2）边界润滑膜受表面电位的影响导致在摩擦副表面的吸脱附变化是电控摩擦现象的发生的基本机制，外加电场通过改变表面电位而改变摩擦，本质上是静电力控制的分子膜润滑作用，因而可以发生可逆、快速的变化；（3）在水基润滑液和非水基润滑液中观测到的电控摩擦现象尽管摩擦系数的变化幅度、对电场变化的响应速度有所不同，其物理机制没有本质差异，因而所提出的上述电控摩擦机理有一定的普适性。.2、.在自行设计研制的薄膜润滑实验台上对此进行了系统的实验研究和理论分析，得到如下一些主要结论：（1）外电场的施加对于离子液体和含极性端基烷烃类润滑油的成膜能力有不同程度影响，按程度大小的顺序排列依次为：离子液体>溴代庚烷>正庚醇>正庚酸>正庚烷；（2）在带电条件下，薄膜润滑时绝大部分常用润滑油/脂膜中都会不同程度地产生微汽泡；在其它实验条件相同的情况下，在不同电场极性下，微汽泡的产生和回路电流密切相关。在极性润滑膜内部，微汽泡产生和回路电流的变化受电场极性影响较大。.3、.建立了精确测量接触起电的实验装置和测量模型，可以实现对不同材料接触起电的连续、原位测量；采用第一性原理方法，以Ag/Fe的接触为例，研究了金属/金属接触界面的电子转移，分析了金属界面电子转移的原理。. 已发表国际刊物论文10篇、国内核心刊物论文1篇、国际会议论文5篇，获授权发明专利2项。已培养博士生2名，其中一人获全国优秀博士学位论文。