纳米摩擦学 一、综述 摩擦、磨损与润滑是材料表面和界面上的微观动态行为。它涉及到金属、离子固体、半导体、陶瓷和有机材料等组成的非均匀系统的结构变化、能量转化、热力学等物理化学过程、以及在非平衡条件下的非线性流动、变形等力学行为。仅从宏观的、连续介质的角度进行研究，难以深入地了解摩擦学现象和揭示其机理。 纳米摩擦学或称微观摩擦学是在纳米尺度上研究摩擦界面上的行为、变化、损伤及控制。摩擦学就其性质而言属于表面科学范畴，摩擦过程中材料表面所表现的宏观特性与其微观结构密切相关。纳米摩擦学研究提供了一种新的思维方式，即从分子、原子尺度上揭示摩擦磨损和润滑机理，建立材料微观结构与宏观特性的构性关系。因此更加符合摩擦学的研究规律，标志着摩擦学学科发展进入一个新的阶段。 Dowson 在总结 20 年来摩擦学的重大发展后指出人们已认识到亚微米厚度的润滑膜和表面涂层的重要作用。现代摩擦学研究正向表面与界面科学和技术的方向发展。纳米摩擦学（Nano Tribology）又称之为分子摩擦学（Molecular Tribology），迅速成为机械学科的前沿领域。 随着纳米科技的发展而新兴的纳米摩擦学是在原子分子尺度上研究摩擦界面上的行为、变化、损伤及其控制，成为超精密机械和微型机械研究的重要技术基础之一。对纳米摩擦学的研究主要集中在纳米润滑与纳米摩擦两方面。 纳米摩擦学旨在原子、分子和纳米尺度下研究摩擦界面之间的摩擦、磨损与粘着行为及机理，设计和制备纳米尺度上的润滑剂和分级薄膜润滑膜，利用 LB膜技术、AFM 或 FFM 等现代表面分析技术揭示边界润滑剂的作用机理，并用计算机进行分子动力学模拟，即建立一个包含大量粒子的离散系统，建立数学和物理模型来模拟摩擦界面。 二、实验仪器 为了测量原子尺度的表面形貌和表面微观动态力学行为，纳米摩擦学的实验常采用表面力仪（Su rface force apparatu s）和扫描探针技术。具体有扫描隧道显微镜（STM）、原子力显微镜（AFM）和摩擦力显微镜（FFM）。它们用于测量原子尺度的表面形貌和表面微观动态力学行为，在微摩擦、微划痕、纳米磨损与超精加工，以及分子膜边界润滑等研究中发挥巨大的作用。 图 1 扫描探针显微镜家族框图 原子力显微镜 AFM 已成为研究微观形貌、微摩擦的主要工具。它是利用微悬臂梁作为检测探针针尖与样品表面原子间力的灵敏元件，因此构成一个微系统。 图 2 原子力显微镜的工作原理 在研究中发现，在用原子力显...
