非接触表面摩擦若干关键问题理论与实验研究

针对微纳器件中的表面与界面问题，突破传统的接触摩擦学的思路，提出研究非接触表面摩擦的构想；对非接触表面摩擦作了一般定义，在此基础上着重研究1）微/纳器件中非接触相邻运动表面之间吸附的行为、机理；2）微/纳器件中非接触相邻运动表面之间摩擦阻尼的产生机理和控制； 3）纳米器件中的能量耗散及表面质量和吸附的控制；以及4）纳米器件中非接触表面摩擦的量子效应及利用。通过研究，形成非接触表面摩擦学理论框架，进一步拓展摩擦学研究的范畴。

本项目针对微纳米器件非接触的两相对运动表面之间的阻尼、吸附、排斥等现象，比较系统地开展了非接触表面摩擦行为和控制这一个典型的共性问题的研究。在多种基底上制备了具有超光滑表面的薄膜，进行了系列表征，并通过优化形成了比较成熟的制备工艺；分析探讨了非接触表面之间相互作用力的组成；建立了接近实际摩擦条件的粗糙非接触表面模型并对其间的作用力进行了研究；讨论了典型纳米梁结构在静电力和范德华力耦合作用下的粘附行为；采用分子动力学方法对不同粗糙表面的非接触相互作用规律进行了研究；研究了具有典型亚纳米间距同心圆柱曲面的双壁碳纳米管的层间非接触力，探讨了温度、应变、表面缺陷和偏心间距等多种因素对非接触作用力的影响规律；完成了非接触实验平台的搭建，对其中的关键结构和部件进行了有限元分析和优化，利用该平台进行了相关的非接触实验研究，并界定了两表面间非接触力产生作用效果的间距范围。