鄭泉水院士團隊實驗發現子彈飛行速度結構超滑
來源：清力技術 2020-05-28
清華新聞網5月28日電 5月27日，《美國科學院院報》（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，PNAS）以“載荷誘導的石墨烯界面的動態行為轉變”（Load induced dynamical transitions at graphene interfaces）為題，在線報道了清華大學微納米力學與多學科交叉創新研究中心鄭泉水教授研究組在結構超滑領域取得一個重要進展，即實驗觀測到速度為294 m/s的結構超滑（此前的最高速度為25 m/s），對應的平均加速度高達~1010 m/s2。
摩擦是人類歷史上研究和利用的最久遠、最基礎、最重要的現象之一，對物理、工程、化學、生物等領域具有十分重要的意義。由鄭泉水教授研究組于2012年開創的結構超滑技術，是指兩個微米尺度以上固體表面間接觸摩擦近乎為零（簡稱“零”）、磨損為零的現象。這個曾經被認為“不可能”的技術的實現，為未來產生諸多的顛覆性技術帶來了難得的機遇。2018年，《自然》期刊邀請鄭泉水等分別撰寫了該期刊第一篇有關超滑的展望綜述；去年，深圳市政府和深圳市坪山區政府專款資助鄭泉水團隊，在深圳設立了全球第一個結構超滑技術研究機構——深圳清華大學超滑技術研究所。
本文通過在實驗中觀察到的兩個有趣的實驗現象，即“石墨片高速滑出行為”和“正壓力石墨片奇異振蕩行為”，以及利用實驗室自行搭建的激光刀口設備，測量出目前報道的在結構超滑條件下的最高速度(294 m/s)，對應的平均加速度極其驚人（~1010 m/s2），可能是塊體材料（非基本粒子）報道過的最高加速度。進一步的理論分析得到此過程中摩擦系數可低達10-6，是已經報道的固體表面間接觸摩擦系數的最低值。基于此現象有望進一步發展若干基于結構超滑的新型微納器件，如微位移放大器、光開關等。
鄭泉水的兩位博士生彭德利和吳章輝為該論文的共同第一作者，鄭泉水教授為通訊作者，論文合作者還包括鄭泉水教授課題組2017級博士生史迪威、瞿蒼宇博士、姜海洋博士、宋一鳴博士、馬明副教授，以及美國科學院院士加布里埃爾•艾普莉（Gabriel Aeppli）教授和以色列特拉維夫大學邁克爾•烏爾巴赫（Michael Urbakh）教授。該論文的第一單位為清華大學工程力學系和清華大學微納米力學與多學科交叉研究中心，合作單位包括摩擦學國家重點實驗室、清華大學機械工程系、保羅·謝勒研究所、蘇黎世聯邦理工學院、洛桑聯邦理工學院和以色列特拉維夫大學。
文章鏈接:
https://www.pnas.org/content/early/2020/05/22/1922681117/tab-article-info
正壓力下石墨島內的石墨片層高速滑出現象。(a)石墨島的電鏡圖片；(b)-(e)采用激光刀口法進行的速度測量示意圖；(f)受壓的石墨島（左邊）內片層飛出將右側石墨島的島蓋（藍色部分）剪切開；(g)受壓的石墨島（左邊）內片層飛出時將右側石墨島的島蓋擊飛帶走；(h)-(i)對應于(f)-(g)中受壓的石墨島內的片層飛出前(藍色虛線)和飛出后（黑色實線）的高度截面圖（AFM測量圖）；(j)一個典型的采集到的石墨片層飛出時的光強信號變化；(k)測量得到的石墨片層高速飛出的速度分布統計圖。
摩擦是人類歷史上研究和利用的最久遠、最基礎、最重要的現象之一，對物理、工程、化學、生物等領域具有十分重要的意義。由鄭泉水教授研究組于2012年開創的結構超滑技術，是指兩個微米尺度以上固體表面間接觸摩擦近乎為零（簡稱“零”）、磨損為零的現象。這個曾經被認為“不可能”的技術的實現，為未來產生諸多的顛覆性技術帶來了難得的機遇。2018年，《自然》期刊邀請鄭泉水等分別撰寫了該期刊第一篇有關超滑的展望綜述；去年，深圳市政府和深圳市坪山區政府專款資助鄭泉水團隊，在深圳設立了全球第一個結構超滑技術研究機構——深圳清華大學超滑技術研究所。
本文通過在實驗中觀察到的兩個有趣的實驗現象，即“石墨片高速滑出行為”和“正壓力石墨片奇異振蕩行為”，以及利用實驗室自行搭建的激光刀口設備，測量出目前報道的在結構超滑條件下的最高速度(294 m/s)，對應的平均加速度極其驚人（~1010 m/s2），可能是塊體材料（非基本粒子）報道過的最高加速度。進一步的理論分析得到此過程中摩擦系數可低達10-6，是已經報道的固體表面間接觸摩擦系數的最低值。基于此現象有望進一步發展若干基于結構超滑的新型微納器件，如微位移放大器、光開關等。
鄭泉水的兩位博士生彭德利和吳章輝為該論文的共同第一作者，鄭泉水教授為通訊作者，論文合作者還包括鄭泉水教授課題組2017級博士生史迪威、瞿蒼宇博士、姜海洋博士、宋一鳴博士、馬明副教授，以及美國科學院院士加布里埃爾•艾普莉（Gabriel Aeppli）教授和以色列特拉維夫大學邁克爾•烏爾巴赫（Michael Urbakh）教授。該論文的第一單位為清華大學工程力學系和清華大學微納米力學與多學科交叉研究中心，合作單位包括摩擦學國家重點實驗室、清華大學機械工程系、保羅·謝勒研究所、蘇黎世聯邦理工學院、洛桑聯邦理工學院和以色列特拉維夫大學。
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報道轉自清華新聞網
供稿：清華大學航天航空學院
編輯：李華山
審核：程曦
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