美國賓夕法尼亞大學機械工程系的研究小組近來發(fā)現：滑動物體之間的摩擦可以通過改變接觸表面處的原子的原子量，從而在分子或納米尺度下降低摩擦。因為原子量大的較“重”原子的低頻振動減少了物體之間的能量損耗。此項研究發(fā)表在11月2日的《科學》雜志上。
 
      實驗中，科學家采用原子力顯微鏡如同老式唱片機針頭那樣，通過在金剛石和硅晶體表面劃移來測量摩擦力。在此之前，研究人員先將上述晶體表面鍍上兩種特別設計吸附物中的一種，此吸附物可以很好地反映出表面處原子的振動情況，第一種吸附物為氫原子，另外一種是氫的同位素氘。
 
      研究發(fā)現表面較“重”的原子，比如本實驗中的氘，會產生很少的熱損失。對此解釋為原子量較大氘會導致表面原子的低頻振動。從而使得這些原子與其上的原子力顯微鏡針尖接觸的幾率大為降低，因此熱量損耗也相對較慢。
 
      晶體表面的單原子層充當能量傳遞的介質，吸收原子力顯微鏡針尖處的動能。研究發(fā)現吸收能量的多少與被吸附體固有頻率有關。原子量越大的原子，相應固有頻率也越低。相對原子量較小的原子具有較快的振動頻率，因此能量損耗的也相應較快。
 
      長期以來，工業(yè)上一直關心如何減少物體之間的摩擦，既要保持系統(tǒng)能量，同時也要降低其產生的熱以及磨損，熱與磨損可以削弱機械和材料性能使其易斷裂。研究者指出應用此摩擦模型，即采用相反增大摩擦的方法，可應用于一些機械零件比如汽車的離合器。研究人員將繼續(xù)深入地研究摩擦的具體機制，以及一些目前相關的尚未解決的問題包括摩擦對周圍環(huán)境溫度和空氣的影響。
 
      這項研究是由以下人員完成：賓夕法尼亞大學工程及應用科學學院材料科學與工程系的Carpick和Brukman，和現為Ibm蘇黎世研究實驗室的Rachel J. Cannara以及現為阿貢國家實驗室的Anirudha V. Sumant和休斯敦大學Steven Baldelli 和Katherine Cimatu。
 
      此項研究得到了美國國家科學基金會，美國國家研究生研究基金和空軍科學研究的資助。