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蘭州理工大學(xué)學(xué)子在摩擦學(xué)和傳熱學(xué)領(lǐng)域連發(fā)三篇高水平論文
來(lái)源：機(jī)電學(xué)院
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2025-10-27

近日，我校機(jī)電工程學(xué)院微納制造及表界面科學(xué)團(tuán)隊(duì)2023級(jí)碩士生張春杰，在國(guó)際知名期刊Tribology International（中國(guó)科學(xué)院一區(qū)TOP，IF＝6.9）和ACS Applied Materials ＆ Interfaces（JCR一區(qū)／中國(guó)科學(xué)院二區(qū)，IF＝8.2）上，連續(xù)發(fā)表三篇高水平研究成果。該系列成果均在團(tuán)隊(duì)導(dǎo)師董赟的指導(dǎo)下完成，蘭州理工大學(xué)為第一作者及通訊作者單位。

制造業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)是精密化和小型化，微納器件因具有大比表面／界面結(jié)構(gòu)，其摩擦和傳熱特性對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的可靠性和產(chǎn)品使用壽命等尤為重要。從本質(zhì)上揭示摩擦傳熱機(jī)理，實(shí)現(xiàn)能量輸運(yùn)的主動(dòng)調(diào)控，已經(jīng)成為亟待解決的課題。作為實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)超滑的有效手段，應(yīng)變工程能通過(guò)改變晶格結(jié)構(gòu)或界面接觸質(zhì)量來(lái)調(diào)控摩擦力。通常認(rèn)為，施加應(yīng)變會(huì)使二維材料的摩擦力單調(diào)下降。然而，該團(tuán)隊(duì)的研究挑戰(zhàn)了這一認(rèn)知：在單層與雙層二維材料中均發(fā)現(xiàn)了摩擦力的非單調(diào)變化，并揭示了兩者背后不同的物理機(jī)制。在雙層應(yīng)變中，晶格失配誘導(dǎo)的摩爾界面粗糙度使得能量?jī)H在搓板頻率耗散；而在給單層施加應(yīng)變時(shí)，應(yīng)變引起摩爾表面粗糙度和強(qiáng)界面作用，形成了新的摩爾聲子耗散通道。搓板頻率和摩爾搓板頻率的耦合增強(qiáng)與摩爾粗糙度非單調(diào)變化的共同競(jìng)爭(zhēng)作用，導(dǎo)致摩爾紋尺寸接近摩擦副尺寸或其一半時(shí)摩擦能耗出現(xiàn)凸峰。此外，該團(tuán)隊(duì)還發(fā)明了一種由摩爾超晶格誘導(dǎo)的熱開(kāi)關(guān)，能夠通過(guò)調(diào)控摩爾紋結(jié)構(gòu)周期性和局部應(yīng)力場(chǎng)，選擇性地調(diào)節(jié)熱流傳輸效率。

應(yīng)變調(diào)控摩擦的非單調(diào)變化原理，為涉及尺寸效應(yīng)與應(yīng)變模式的摩擦學(xué)設(shè)計(jì)提供了新準(zhǔn)則，也為摩擦振噪的主動(dòng)控制開(kāi)辟了新途徑。與此同時(shí)，摩爾超晶格熱開(kāi)關(guān)的提出，為發(fā)展下一代智能熱管理技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。（圖/文：董赟；審核：侯運(yùn)豐）