論文名稱：液體超滑的探索及其機理研究

論文作者：清華大學/李津津

指導教師：雒建斌《研究領域：納米摩擦學、納米制造和液體超滑。》

超滑概念自從提出以來就一直吸引著各個領域的研究者的廣泛關注。對超滑規律和機理的研究，不僅對探索摩擦和潤滑的本質具有重要的意義，而且在傳統機械潤滑系統和納米機械系統方面具有重要的工程應用價值。本論文以液體超滑為主題，從實驗上探索了新型的液體超滑材料并分析了液體超滑的規律和機理。

首先，利用摩擦自鎖的原理設計了一個新型的測量摩擦系數的裝置，發現了莼菜粘液的超滑特性。結果表明莼菜粘液與玻璃表面之間的摩擦系數為0.005。通過進一步實驗，發現超滑與粘液的分子結構和粘液中的水分子密切相關。微觀結構分析表明粘液是一種含有很多納米薄片結構的多糖凝膠。其超滑的機理歸因于在這些聚合物薄片之間形成了流動性很好的水合層。

其次，發現了磷酸溶液的超滑特性，它能夠實現0.004的超低摩擦系數。分析了超滑的磨合過程和磨合機理，并將超滑的磨合過程劃分為2個階段。對第一階段而言，它是磷酸實現超滑的必要條件，其磨合機理與溶液中的氫離子密切相關。提出了氫離子潤滑模型，即磨合過程中的氫離子與摩擦副表面發生摩擦化學反應使表面帶正電荷是摩擦系數減小的主要原因。對第二階段而言，它不是磷酸實現超滑的必要條件，其磨合過程主要與自由水的揮發有關。通過對磷酸超滑過程中的接觸區形態的分析和摩擦副表面的分析，提出了一種3層結構的超滑模型，即stern層、具有氫鍵網絡結構的磷酸吸附膜和自由水分子層。

最后，根據磷酸超滑的機理，將磷酸超滑體系進行了推廣，發現了基于甘油與酸混合溶液的超滑特性。研究表明，超滑與甘油溶液的濃度和酸溶液的pH密切相關，只有當甘油溶液的濃度≤40%且酸溶液的pH≤1時，超滑才可以實現。最后將甘油進一步推廣到其他多羥基醇，建立了基于多羥基醇與酸混合溶液的超滑體系，其能夠實現超滑的條件是：多羥基醇分子上羥基個數大于等于2個，能和水分子形成氫鍵網絡。而分子鏈上碳原子個數（<10）以及羥基在碳鏈上的位置與超滑無關。