论文名称：液体超滑的探索及其机理研究

论文作者：清华大学/李津津

指导教师：雒建斌《研究领域：纳米摩擦学、纳米制造和液体超滑。》

超滑概念自从提出以来就一直吸引着各个领域的研究者的广泛关注。对超滑规律和机理的研究，不仅对探索摩擦和润滑的本质具有重要的意义，而且在传统机械润滑系统和纳米机械系统方面具有重要的工程应用价值。本论文以液体超滑为主题，从实验上探索了新型的液体超滑材料并分析了液体超滑的规律和机理。

首先，利用摩擦自锁的原理设计了一个新型的测量摩擦系数的装置，发现了莼菜粘液的超滑特性。结果表明莼菜粘液与玻璃表面之间的摩擦系数为0.005。通过进一步实验，发现超滑与粘液的分子结构和粘液中的水分子密切相关。微观结构分析表明粘液是一种含有很多纳米薄片结构的多糖凝胶。其超滑的机理归因于在这些聚合物薄片之间形成了流动性很好的水合层。

其次，发现了磷酸溶液的超滑特性，它能够实现0.004的超低摩擦系数。分析了超滑的磨合过程和磨合机理，并将超滑的磨合过程划分为2个阶段。对第一阶段而言，它是磷酸实现超滑的必要条件，其磨合机理与溶液中的氢离子密切相关。提出了氢离子润滑模型，即磨合过程中的氢离子与摩擦副表面发生摩擦化学反应使表面带正电荷是摩擦系数减小的主要原因。对第二阶段而言，它不是磷酸实现超滑的必要条件，其磨合过程主要与自由水的挥发有关。通过对磷酸超滑过程中的接触区形态的分析和摩擦副表面的分析，提出了一种3层结构的超滑模型，即stern层、具有氢键网络结构的磷酸吸附膜和自由水分子层。

最后，根据磷酸超滑的机理，将磷酸超滑体系进行了推广，发现了基于甘油与酸混合溶液的超滑特性。研究表明，超滑与甘油溶液的浓度和酸溶液的pH密切相关，只有当甘油溶液的浓度≤40%且酸溶液的pH≤1时，超滑才可以实现。最后将甘油进一步推广到其他多羟基醇，建立了基于多羟基醇与酸混合溶液的超滑体系，其能够实现超滑的条件是：多羟基醇分子上羟基个数大于等于2个，能和水分子形成氢键网络。而分子链上碳原子个数（<10）以及羟基在碳链上的位置与超滑无关。