看！超滑，压力越大越滑_风闻

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摩擦是生活中常见的现象，广泛发生在任意接触的滑动表面之间。摩擦与我们的生活非常密切，但我们对这种现象既爱又恨。

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摩擦可以帮大忙，比如我们可以借助汽车轮胎与地面之间的摩擦让汽车前行，借助刹车装置的摩擦阻力让汽车减速。但是，摩擦会做“坏事”，比如汽车内部机械部件的摩擦会导致零件磨损、性能下降、寿命减短，增加油耗和污染物排放。

实际上，我们更多的时候是希望能减小那些“不好”的摩擦，用超润滑技术改善滑动界面的润滑性能，减小摩擦磨损。

经验：物体越重，摩擦力更大？

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生活体验告诉我们，载荷是影响摩擦的重要因素。通常，人们推动较重的物体，需要花费更多的力气，这主要是由于推动较重的物体需要克服更大的滑动能垒。

因此，直觉经验认为，物体越重，接触界面的压力越大，滑动产生的摩擦阻力越大，这体现为摩擦阻力随法向载荷的增加而增加的趋势。因此，通常人们可能会认为增加压力使摩擦减小是不可能的，通过增加压力实现超滑更是匪夷所思。

反常：压力越大，反而让摩擦降低

压力越大，反而让摩擦降低？2018年，中科院兰州化物所固体润滑国家重点实验室低维润滑材料课题组，就曾提出“压力诱导超滑”理论，指出了通过压力诱导实现超滑的可行性。

这种反常行为，主要来自滑动势能面的能垒起伏的反转，也就是在压力下发生从褶皱到平坦、乃至反向褶皱的反转，使在临界平坦状态下产生超滑。理论预言是可行的，但是受限于观测方法，科学家们并没有真正直观的来展示出这一反常现象。

图1 界面压力下石墨烯层间滑动势能面起伏的反转及平坦行为（来自Sun et al. J. Phys. Chem. Lett. 2018, 9, 2554-2559）（上图为颜色填充等能量面图，颜色越红表示相应位置的能量相对越高，越蓝表示相应区域的能量相对较低。图a,b,c,d表示随着界面间距的减小，势能面中的相对高度发生了反转，在图c出现理论上平坦的势能面。）

有趣：原子力显微镜（AFM）图像会反转

原子力显微镜（AFM）图像反转指AFM图像的明暗对比发生了反向变化，即明亮区域变暗，灰暗区域变明亮。

AFM技术是研究材料表面物性的常用手段，特别是相关实验中针尖-样品的能量场、作用力、原子级图像的反转是AFM实验微观结构研究中的典型现象。根据这些显微图像的演化，材料的微观结构、表面键和力等能够直观化观察，方便不同目的的研究。

然而，作为一种有趣的物理现象，AFM图像反转的物理本质却并不清楚，这可能阻碍了原子力显微镜技术的改进提高。事实上，在AFM实验中，当探针在样品表面滑移，获取的原子级分辨图像是对针尖-样品相互作用响应的结果；同时，滑动针尖在样品表面滑动受到的摩擦阻力也是针尖-样品间相互作用的结果。

很显然，材料微观结构的AFM图像与其表面滑移性质密切相关，但如何关联？

惊喜：压力诱导超滑与AFM图像反转的相互确认

科研人员从理论上证明，AFM探针在纳米结构表面滑移，压力下针尖-样品的势能面起伏平坦产生的超滑行为、针尖-样品力图像、AFM图像的反转在不同位点表现为曲线的交叉行为。通过对交点存在的充分必要性论证，科研人员指出势能面起伏、表面化学力和样品AFM图像反转之间存在的内在关联。

图2 探针在样品表面滑动的相互作用能量、法向力和频率变化曲线中交点存在的充分必要性（来自Sun et al. J. Phys. Chem. Lett. 2019, 10, 1498-1504）

图3 压力诱导超滑的图像化观测方法（来自Sun et al. J. Phys. Chem. Lett. 2019, 10, 1498-1504）

这能够基于直观AFM图像演化，对压力诱导超滑提供一种可视化的观测方法，进而丰富了超滑的理论体系。同时这项成果也暗示出，作为一种摩擦学行为，压力诱导超滑也能够作为一种技术手段用于材料细观结构的检测。这些关于材料微观摩擦力/图像反转演化的研究，可能进一步扩展AFM技术的分析功能。

来源：中国科学院兰州化学物理研究所