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机械工程学会摩擦学分会 固体润滑国家重点实验室 摩擦学学报

研究进展

我国学者在激光核物理领域取得进展 2024-11-19 图 强激光诱发高阶非线性光-核相互作用、激发原子核以及辐射高次谐波示意图 在国家自然科学基金项目（批准号：U2330401、12088101）资助下，中国工程物理研究院研究生院王旭研究员团队找到一种利用强激光强力、高效地影响原子核的方法，研究成果以“高度非线性光-核相互作用（Highly nonlinear light-nucleus interaction）”为题，于2024年10月11日发表于《物理评论快报》（Physical Review Letters）并被选为编辑推荐文章（Editors’ Suggestion）。论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.152503。 由于原子核极小的跃迁矩，光-核相互作用的强度被限制在线性微扰区，始终达不到诱发高阶非线性响应的阈值。针对这一困难，研究团队创新性地结合超精细混合效应对于光-核耦合强度的提升以及红外强激光可以达到的极高强度，在钍-229原子核中突破了诱发高阶非线性响应的阈值。高阶非线性光-核相互作用的触发导致非常高效的原子核激发：单个原子核在单个飞秒激光脉冲时间内的激发概率即可达到10%以上，大幅提升了原子核激发效率。同时，被强激光驱动的原子核也会向外辐射高次谐波，产生基于原子核的超短阿秒光脉冲。相关物理过程如上图所示。 该研究是强激光物理与原子核物理的深度交叉融合，为利用激光高效激发和调控原子核开辟了全新路径，在诸如原子核光钟、原子核储能、原子核激光、核废料处理、医学同位素等领域有重要的应用价值。
中科大丁冬生课题组观测到里德堡原子高阶和分数离散时间晶体 2024-11-19 中国科大中国科学院量子信息重点实验室丁冬生课题组在里德堡原子周期性驱动耗散系统的研究中取得重要进展。该课题组在里德堡原子驱动耗散系统中观察到了高阶和分数离散时间晶体。相关成果11月10日以“Higher-order and fractional discrete time crystals in Floquet-driven Rydberg atoms”为题发表在国际知名学术期刊《Nature Communications》上。 自发对称性破缺是解释物质相变的重要机制，比如空间上的平移对称性的自发破缺，使得物体形成了空间上的有序结构，也就是空间晶体。同样，研究人员提出时间上是否能发生类似的对称性自发破缺，从而形成时间晶体。最初，这个概念由诺贝尔物理学奖获得者FrankWilczek教授提出，它描述物质的时间和空间上的特征周期性地复现。研究人员在实验和理论上都对此进行了大量研究，在理论上提出了离散时间晶体（DTC）的概念并且在实验系统中观测到了离散时间晶体的存在。离散时间晶体，就是满足时间上离散平移对称性的自发破缺，表现为实验系统的响应周期是驱动周期的整数倍，如图1所示： 图 1 物理示意图，（a）为包含两个里德堡态的系统能级图，（b）为驱动耗散的系统示意图，（c）为系统在周期为T的射频驱动下的响应。对于一般的系统来说，系统响应的周期往往和驱动周期保持一致，但是当系统处于离散时间晶体相时，系统的响应周期表现为驱动周期的整数倍，如图中的2-DTC，3-DTC。 有趣的是，当物理系统远离热平衡状态时，人们可以观察到稳定的耗散时间晶体、预热离散时间晶体等奇异的物态现象。强相互作用的里德堡原子系统是研究非平衡动力学的理想平台之一。丁冬生、刘邦等人通过在周期性驱动的里德堡原子系统中，通过调节系统参数，观察到了强相互作用里德堡原子气体中的高阶以及分数离散时间晶体。在实验上得到了不同离散时间晶体的相图，观察到了整数阶离散时间晶体的相变过程，如图2所示。同时通过扫描系统参数，观察到了分数时间晶体存在的证据，如图3所示。对于这些现象的研究将有助于我们加深对时间晶体这种特殊物质状态的理解，为探究量子系统的非平衡动力学提供一个平台。 图2 2-DTC和3-DTC以及之间的相变，（a）2-DTC和3-DTC的相图，（b-e）2-DTC到3-DTC之间的相变过程。 图3分数离散时间晶体，（a-c）分数离散时间晶体的相图，（d-f）分数离散时间晶体的傅里叶频谱。 中国科大博士研究生刘邦为本文的第一作者，丁冬生教授为本文的独立通讯作者。该成果得到了科技部、基金委、中国科学院、安徽省重大科技专项以及中国科学技术大学的资助。 文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-53712-5
武大何军课题组在后摩尔时代先进技术节点器件研究方面取得进展 2024-11-19 近日，《自然·材料》（Nature Materials）在线发表了武汉大学物理科学与技术学院何军教授课题组在后摩尔时代先进技术节点器件高κ单晶栅介质方面的最新进展，文章题目为“High-κmonocrystalline dielectrics for low-power two-dimensional electronics”。武汉大学物理科学与技术学院尹蕾研究员、程瑞清副教授和电气与自动化学院万旭昊博士为论文共同第一作者，何军教授和郭宇铮教授为通讯作者，武汉大学物理科学与技术学院为第一署名单位。 CMOS晶体管作为微电子芯片的核心单元，其物理特征尺寸的不断微缩一直是集成电路发展的主要动力。然而，随着集成电路向亚3 nm技术节点迈进，以硅锗为主导的晶体管的关键尺寸正逼近其物理极限。二维半导体因其独特的晶体结构和物理化学性质，成为后摩尔信息技术的研究前沿。但由于传统硅基非晶栅介质材料存在高密度的缺陷，难以与二维半导体沟道形成理想的异质界面，基于二维半导体的电子器件尚未发挥其理论预测的全部潜力。此外，受限于带隙与介电常数之间的反比关系，介电常数高的材料通常表现出较弱的介电强度。为破解这一倒置关系，开发兼具高介电常数与宽带隙的单晶栅介质将有助于提升二维晶体管的性能和可靠性，进而推动后摩尔低功耗芯片的实现。 何军研究团队通过范德华外延方法，成功制备出兼具高介电常数（~25.5）和宽带隙的单晶二维氧化钆薄膜，突破了介电材料普遍受限于带隙和介电常数之间的反比关系。在5 MV cm-1的电场作用下，等效氧化层厚度低至1 nm的二维氧化钆仍展现出超低的泄漏电流（10-4A cm-2），满足IRDS对低功耗器件的要求。进一步，通过范德华相互作用实现单晶氧化钆与二维半导体的无损集成，高κ介电环境以及高质量栅介质/半导体界面使所构筑的二维晶体管器件在低驱动电压下表现出优异的调控性能，开关比超过109，亚阈值摆幅趋近玻尔兹曼物理极限，且能很好的屏蔽短沟道效应。基于以上低功耗二维晶体管构建的反相器电路增益达到40，功耗低至3.5nW。 该工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的经费支持。 论文链接：https://www.nature.com/articles/s41563-024-02043-3
我国学者在全钙钛矿叠层太阳能电池研究方面取得新进展 2024-11-19 图 定制的二维钙钛矿策略示意图（B）、用于优化界面均匀性（A, C）及提升全钙钛矿叠层太阳能电池性能（D, E） 在国家自然科学基金项目（批准号：T2325016）等资助下，南京大学谭海仁教授课题组刷新了全钙钛矿叠层太阳能电池效率的世界纪录，在大面积全钙钛矿叠层器件制备研究领域取得新突破（图）。相关研究成果以“使用定制二维钙钛矿实现全钙钛矿叠层太阳能电池中界面均一化接触（Homogenized contact in all-perovskite tandems using tailored 2D perovskite）”为题，于2024年10月14日发表在《自然》（Nature）杂志上，论文链接为： https://www.nature.com/articles/s41586-024-08158-6。 全钙钛矿叠层太阳能电池具有超越钙钛矿单结太阳能电池理论效率的潜力，且兼备效率高和成本低等优势。大面积制备高性能全钙钛矿叠层太阳能电池是产业化需面对的重要挑战，主要难点在于功能层难以均匀成膜导致其性能受限。目前，优化空穴传输层和调控钙钛矿体结晶是提升大面积成膜均匀性的常规策略。团队前期研究发现，即使充分优化空穴传输层和钙钛矿体的晶相，大面积器件与小面积器件之间的性能差距仍然较大，可能是由于后续沉积的电子传输层（C60）为器件引入了新的不均匀性。 为解决上述问题，研究人员在钙钛矿与电子传输层之间引入了混合的有机小分子（使用4-氟苯乙胺氯来提升界面均匀性并降低接触缺陷，使用4-三氟苯胺氯来优化电荷传输特性），构建了定制的二维钙钛矿作为界面插入层。研究团队进一步将优化后的宽带隙钙钛矿用于制备全钙钛矿叠层太阳能电池。在活性区域为1.05 cm2的电池中，实现了28.2%的转化效率。经国际权威机构JET第三方认证，与当前已报道最佳的小面积全钙钛矿叠层太阳能电池的数值相当。相关结果已被收录到国际权威的太阳能电池世界纪录效率表《Solar cell efficiency tables》中。 上述工作为全钙钛矿叠层太阳能电池的量产和商业化应用奠定了基础。
我国学者在深低温热电制冷研究领域取得新进展 2024-11-19 图 （a）帕尔贴（Peltier）和（b）汤姆森（Thomson）热电制冷的示意图；（c）电子态相变引起的巨大Thomson效应；（d）深低温区热电器件的制冷性能提升 在国家自然科学基金项目（批准号：T2125008）等资助下，同济大学裴艳中教授团队提出了一种不完全依赖于材料热电优值（ZT）的热电制冷性能提升新策略，使热电器件在深低温区的制冷性能获得了显著提升（图）。相关研究成果以“电子态相变助力高效汤姆森制冷（Demonstration of efficient Thomson cooler by electronic phase transition）”为题，于2024年10月29日发表在《自然·材料》（Nature Materials）杂志上，论文链接：https://www.nature.com/articles/s41563-024-02039-z。 热电制冷系统以材料内部的电荷载流子作为工作介质，通过电场驱动电子运动发生熵变，引起吸热与放热，从而达到制冷的目的。由于电场代替了传统制冷系统中的机械传热机构，热电制冷是一种无振动、无排放、小型化的固态制冷技术。传统的热电制冷器件主要基于帕尔贴（Peltier）效应，其中电子的熵变发生在热电材料与电极材料的界面处，此时制冷性能的提升需要最大化热电优值ZT。然而，低温区高ZT热电材料十分稀缺，100 K以下的深低温热电制冷处于空白阶段。 1850年代，开尔文爵士曾预言并验证材料体内的汤姆森（Thomson）热电效应，即电子的熵变发生在材料的内部。原则上，该效应可以额外贡献热电制冷，然而其在传统材料中十分微弱，因此长期被忽视。如何高效利用汤姆森效应是进一步提升热电制冷性能的关键。 鉴于此，研究团队开发了一种基于YbInCu4新型热电材料的高效汤姆森热电制冷器。团队利用强关联体系中电子态的近藤相变，在电场的驱动下直接调控材料内部的电子熵变，实现了汤姆森式的泵热与制冷。在38 K下的深低温区，热电器件的制冷效果使环境温度下降了15%，实现了超过5K的稳定制冷温差。这一研究成果不仅为热电制冷技术性能提升提供了新策略，也为固态低温制冷应用开辟了新路径。
电弧离子镀膜技术在复合材料表面的应用 2024-11-14 一、复合材料与表面金属化复合材料是通过先进的材料制备技术，将不同性质材料组分优化组合而成的创新型材料。其具备以下特点：人造设计性：是根据特定需求人为设计制造的。多组分组合：由两种或更多化学、物理性质不同的材料组分，按照设计好的形式、比例和分布组合，各组分之间有明显的界面。结构可设计性：可依据需求进行复合结构设计。性能综合优势：不仅保留各组分材料的性能优点，还能通过各组分性能的互补和关联，获得单一材料无法企及的综合性能。复合材料的基体材料分为金属和非金属两类。金属基体常见的有铝、镁、铜、钛及其合金，非金属基体则包括合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属等。在航空、航天和国防等领域，复合材料结构功能一体化制件因其重量轻、比强度高、比模量高、耐腐蚀性能好、抗疲劳性能佳、可设计性强等一系列独特优点，成为重要的零部件。为满足特定功能需求，对复合材料表面进行处理，尤其是表面金属化处理应用广泛。二、复合材料表面金属化方法及真空镀膜难题（一）多种金属化方法实现复合材料表面金属化的方法多种多样，主要包括化学镀、电镀、热喷涂、真空镀膜等。其中真空镀膜还可进一步细分为蒸发镀膜、磁控溅射、电弧离子镀膜等。（二）真空镀膜在复合材料中的挑战对于结构功能一体化的复合材料制件，由于其尺寸可能较大且曲面复杂，真空镀膜法在实施过程中面临两个显著问题。一方面，靶基距的变化范围极大；另一方面，金属薄膜的厚度均匀性很难有效控制。相比之下，电弧离子镀膜技术在这种情况下显示出独特优势，它具有沉积粒子能量高、作用距离远、绕射性好、作用范围大、金属薄膜结合力高、沉积速度快等特性，非常适用于复合材料制件的表面金属化。三、电弧离子镀膜技术剖析（一）基本原理电弧离子镀膜（Arc Ion Plating，AIP）是将电弧技术与真空镀膜相结合的技术。在真空环境下，在阴极靶材和真空室形成的阳极之间引发弧光放电。在这个过程中，弧光放电使靶材物质蒸发，然后沉积到制件表面，从而实现镀膜。20 世纪，电弧离子镀膜技术取得了长足发展。20 世纪 70 年代后期，前苏联和美国的科学家针对其工业应用开展了大量研究，并在 20 世纪 80 年代实现了该技术在硬质薄膜、装饰薄膜领域的产业化。近二十年来，电弧离子镀膜技术开始向光学、电学薄膜等应用领域拓展。（二）弧光放电的特点及其对镀膜的影响弧光放电会在阴极靶材表面形成无规则运动的弧斑，其电流密度可高达 10¹²A/m² 量级，能量密度高达 10¹³W/m² 量级。这种高能量密度致使弧斑处的靶材物质从固态迅速转变为金属蒸气等离子体。这种金属等离子体用于沉积薄膜时具有以下显著特点：可镀多种金属：能够镀覆多种金属，特别是像钨、钽等难熔金属，这是其他物理气相沉积（PVD）技术难以实现的。带电粒子沉积：与其他 PVD 技术以中性粒子沉积为主不同，阴极弧斑能产生大量带电（单电荷或多电荷）粒子，这些离子可以被加速、约束，并沿着特定方向运动，最终沉积在制件表面。轰击效应优化薄膜：在薄膜沉积过程中，阴极弧斑产生的离子初始能量在 20 - 200eV 之间，会产生轰击效应。这一效应能够增强沉积粒子的扩散能力和成核密度，同时剥去薄膜表面结合松散的粒子，部分消除柱状晶和薄膜内应力，从而提高薄膜表面活性，使薄膜更加致密。液滴和碎片问题：阴极弧斑在产生带电粒子和等离子体的同时，会生成大量的液滴和碎片，而其他 PVD 技术产生的大颗粒相对较少。正是基于这些特点，电弧离子镀膜技术具有薄膜致密、结合力高等优点，并且能够在复杂表面进行薄膜沉积。不过，该技术也存在一定的缺陷，即较大的熔滴会沉积到薄膜表面，导致薄膜表面粗糙，影响薄膜性能。但随着磁过滤技术的不断发展，目前已经可以较好地控制较大熔滴，避免其沉积到薄膜表面，使得该技术沉积的薄膜表面质量已接近其他 PVD 技术，这也是电弧离子镀膜技术在光学、电学薄膜等领域获得应用的重要原因。四、复合材料表面真空镀膜的关键问题与对策（一）温度矛盾的处理与金属或半导体材质的制件不同，复合材料结构功能一体化制件对温度较为敏感，不耐高温，而且部分功能制件对型面精度有着很高的要求。因此，在真空镀膜过程中不能使用高温，否则会导致材料损坏和型面精度降低。然而，较高的沉积温度对于获得牢固、致密的金属薄膜是非常有利的。为解决这一矛盾，可以在薄膜沉积前，利用离子源清洗等技术手段对复合材料表面进行原位活化处理，以此提高表面活性，增强金属薄膜与基底的结合力。（二）材料出气问题的解决对于大尺寸的复合材料制件，在真空镀膜过程中材料出气是一个关键问题。如果材料出气率较高，可能会引起金属薄膜的氧化等一系列问题，进而影响金属薄膜的表观质量和电学性能等。因此，需要采取预出气等技术手段对复合材料进行预处理，以减少此类问题的发生。五、电弧离子镀膜技术的发展前景电弧离子镀膜技术能够实现大型复杂型面复合材料制件的表面金属化，所制备的薄膜质量高，具有均匀致密、结合牢固、厚度可控等优点。在航空、航天和国防等对材料性能要求极高的领域有着广阔的应用前景。然而，我们也必须认识到该技术存在的一些限制因素，例如需要大型设备、成本较高、周期较长等。在未来的研究和发展中，需要进一步探索如何克服这些限制，使电弧离子镀膜技术更好地服务于复合材料表面金属化处理，推动相关领域的材料技术进步需要第一时间收到我们的文章，请您把我们的公众号设置为星标或多点在看！更多内容请点击：视频分享设备订制优秀PVD镀膜供应商推荐二手设备资源库加PVD镀膜群方法招聘求职工具类涂层发展趋势洁净室标准规格说明真空材料之锆阴极电弧放电稳定性研究真空技术与材料工程社群已经有2800多人了，赶快来加入吧！真空与真空镀膜技术简介氦质谱检漏仪的工作原理5G发展背后的新材料气体的放电扫描二维码关注我们
我国科研人员利用飞秒激光技术提升金属防腐蚀性 2024-11-14 记者从中国科学院长春光学精密机械与物理研究所了解到，该所科研团队通过飞秒激光技术实现了金属表面超疏水稳定性能提高，同时显著提升了金属表面防腐能力。超疏水是自然界中一种普遍现象。荷叶能“出淤泥而不染”，就与植物表面的超疏水性有关系。目前，科研人员通过仿生手段在多种材料上实现了人工超疏水功能。当金属表面实现超疏水后，其具有不沾水特性，在自清洁、防腐、减阻和防冰等方面成效显著。然而，当前金属表面实现超疏水性能大都仍依赖于传统的粘附涂层方式，这种方式很容易遭受侵蚀性离子的渗透，导致涂层分解、疏松和剥落，引发超疏水化学耐久性显著下降。为了解决这一难题，长春光机所微纳光子学与材料国际实验室杨建军团队创造性地提出利用飞秒激光元素掺杂微纳结构与循环低温退火相结合的研究方法，即在金属表面构建了一种以次晶相态为主导的仿生蚁穴状结构，成功实现了高效稳定的自启动超疏水效果。值得注意的是，次晶相态形成还可以大幅度地提升超疏水稳定性。▲科研人员在金属表面构建次晶态仿生蚁穴状结构提升超疏水性能的模拟图。长春光机所供图杨建军表示，通过实验发现，该金属样品即使在经历了长达2000小时的腐蚀性盐水浸泡后，表面依然能够保持良好的超疏水性能。不仅如此，在经过强烈的电化学反应测试后，这种结构的耐腐蚀性能也尤为突出，还能承受住不同酸碱溶液浸泡、紫外辐射和冷冻循环等多种苛刻环境的挑战。该项研究的相关研究论文在国际期刊《先进材料》上发表。来源：新华社
兰州化物所光固化3D打印高性能聚氨酯弹性体研究获新进展 2024-11-14 聚氨酯弹性体是一类具有优异机械性能的高分子材料，其独特的软段结构提供了良好的弹性和柔韧性，而硬段结构则赋予了其高的强度和耐磨性。这种相分离结构使性能各异的聚氨酯弹性体在汽车、医疗、电子和纺织等领域得到了广泛应用。然而，传统的聚氨酯弹性体加工方法，如注塑和浇注，通常需要较高的温度和压力，且模具制造复杂、成本高。而光固化3D打印技术（Vat Photopolymerization 3D Printing）具有快速成型、高精度和复杂结构制造能力，使之成为制造聚氨酯弹性体的理想方法。近日，中国科学院兰州化学物理研究所润滑材料重点实验室3D打印摩擦器件组在光固化3D打印高性能聚氨酯弹性体研究方面取得重要进展。研究人员通过调控光敏聚氨酯预聚物的化学结构发展了具有优异光固化3D打印成形能力的高性能聚氨酯弹性体材料，构筑了机械承载稳定性的生物医用支架和具有仿生双梯度结构的阻尼减振、消音降噪等概念性功能器件。研究人员通过在聚氨酯前驱体中引入了脲基和酯基，发展了多重氢键诱导的可快速光固化3D打印的超分子聚氨酯弹性体，获得的弹性体具有优异的高弹性、高强度、韧性以及良好的生物相容性和血液相容性。具有高精度光固化3D打印性能的聚氨酯弹性体综合了高性能与快速结构制造方面的优势，为具有优异抗压缩承载能力和机械稳定性等特性的复杂柔性结构生物医疗器械的制造提供了新的材料技术方案。多氢键诱导的光固化3D 打印聚氨酯弹性体及生物医用支架另外，受向日葵髓双梯度结构启发，研究人员采用光固化3D打印聚氨酯弹性体设计构筑了具有孔径和壁厚双梯度变量的仿生双梯度结构聚氨酯。这种仿生双梯度结构聚氨酯具有选择性的抗屈曲性以及各向异性的机械性能和耗散行为，有效提升了其比强度、能量吸收和抗撕裂性特性，解决了传统多孔泡沫材料性能调控难、功能单一等问题，在阻尼缓冲减振和消音降噪等领域具有很好的应用潜景。光固化3D打印聚氨酯弹性体结构设计与仿生双梯度结构制造策略仿生双梯度结构聚氨酯缓冲减振和消音降噪功能演示上述研究丰富了高性能光固化3D打印聚氨酯弹性体材料的种类及其在功能结构器件定制化制造方面的应用探索，为其在生物医疗、柔性电子、摩擦密封等领域的应用拓展提供了材料和技术基础。相关研究成果分别以“Multiple H-bonds Induced Mechanically Robust Vat Photopolymerization 3D Printing Poly(urethane-urea) Elastomers”和“Sunflower Pith Inspired Dual-Gradient Cellular Polyurethane Architecture with Amplified Mechanical Functions”为题发表在Materials Horizons（Materials Horizons,2024,https://doi.org/10.1039/D4MH01191K）和Chemical Engineering Journal（Chemical Engineering Journal,2024,500,156740）上。石河子大学联培博士生杨星星和中国科学院大学博士生白常成分别为论文第一作者，兰州化物所刘德胜助理研究员和王晓龙研究员为共同通讯作者。上述研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院“西部之光”创新团队、中国科学院特别研究助理资助项目、兰州化物所重点培育项目和甘肃省科技计划等项目的支持。
Friction丨牙釉质基质蛋白促进唾液润滑 2024-11-14 扫描二维码或点击文末“阅读原文”可阅读论文研究背景唾液是人体口腔环境中的重要组分，由水、蛋白质、微量元素和无机物组成。其中，唾液蛋白能够通过选择性吸附在口腔表面，形成唾液蛋白膜，提供重要的润滑功能。牙釉质作为人类牙齿的外保护层，暴露在牙齿的咬合面，承受咀嚼引起的摩擦和磨损，其耐磨性能与唾液蛋白膜的润滑密切相关。目前，牙釉质中羟基磷灰石（HA）对唾液蛋白在牙釉质表面吸附和成膜的影响机制已被揭示，但牙釉质基质蛋白的作用尚不清楚。研究思路通过加热和脱蛋白处理分别破坏和去除牙釉质基质蛋白，对比研究唾液蛋白在原始、经加热处理和经脱蛋白处理牙釉质表面的吸附与润滑行为，进而探明HA晶体团聚对唾液蛋白吸附动力学行为的影响，最后揭示牙釉质基质蛋白对唾液润滑的作用机制。主要贡献本研究发现唾液蛋白在人牙釉质表面的吸附和润滑与牙釉质基质蛋白密切相关，后者通过防止羟基磷灰石（HA）聚集来保障唾液蛋白和牙釉质之间存在适当的静电相互作用。可见，牙釉质基质蛋白通过介导牙釉质纳米结构促进唾液润滑。潜在应用本研究不仅能够深化对牙釉质耐磨机制的理解，而且为仿牙釉质耐磨材料的设计提供新原理，并为脱矿牙釉质的再矿化修复提供新思路。作者简介王胡军，西南交通大学机械工程学院助理教授，硕士生导师。研究领域包括仿生摩擦学、表/界面仿生设计与制造等。郑靖，西南交通大学机械工程学院研究员，国家级青年人才。研究领域包括天然牙齿和牙科材料摩擦学、生物润滑、仿生摩擦学等。编辑 | 徐军审核 | 解国新期刊简介Friction（《摩擦（英文）》）是清华大学主办的国内首个摩擦学领域国际学术期刊，旨在发表和出版涵盖接触、摩擦、磨损、润滑、表面粘着和界面科学跨学科的创新性研究论文及专题性综述文章，致力于为国内外摩擦学和表面界面科学领域的学者搭建一流的国际学术交流平台，促进摩擦学在中国和国际学术界之间的交流和发展。其2023年影响因子为6.3，五年影响因子为6.6，在Web of Science核心合集数据库机械工程领域180种期刊中排名第8位（前5%），稳居Q1区。2019年入选“中国科技期刊卓越行动计划”领军期刊（全国共22项），2021年荣获“第五届中国出版政府奖期刊奖提名奖”。2022年变为月刊，年发文量120篇，在Springer平台和SciOpen平台同时完全开放获取出版。点击“阅读原文”可阅读论文高端装备界面科学与技术全国重点实验室电话：86-01062781379传真：86-01062781379E-Mail: sklt@tsinghua.edu.cn
论文推荐 | 中南林业科技大学刘秀波教授团队：表面技术提高农林机械耐磨性能及应用研究进展 2024-11-13 Research Progress of Surface Technology to Improve the Wear Resistance of Agricultural and Forestry Machinery and Application表面技术提高农林机械耐磨性能及应用研究进展本文为中南林业科技大学刘秀波教授团队撰写发表在《中国表面工程》2024年第37卷第4期的综述论文，题为“表面技术提高农林机械耐磨性能及应用研究进展”。农林装备是农业和林业高质量发展的基础和保障，是不断提高土地的产出率、劳动的生产率以及资源的利用率的重要方法和支撑。随着科学与技术的进步，我国农林机械设备发展迅速，特别是在竹工机械、园林绿化、病虫害防治方面都有极大的突破。但农林机械关键运动部件在运行时，会不可避免地产生碰撞与磨损，导致部件尺寸、形状、表面质量等发生变化，从而影响使用精度。尤其长期在复杂环境中使用，其零部件更易被磨损、氧化、腐蚀，甚至发生损坏。这令机械设备的工作效率、使用寿命、可靠性和安全性受到极大的影响。据研究表明，一般机械设备大部分零件失效报废是由于磨损导致的，极大地影响了机器的工作效率，严重降低了设备的可靠性，甚至提前报废。机械磨损不仅会造成巨大的经济损失，而且还易引发重大事故，因此提高其耐磨性对机械设备具有重要的意义。目前许多研究人员通过采用表面技术，对农林机械关键运动零件进行表面修复和强化，提高其使用性能、延长寿命，增加其安全可靠性。鉴于此，中南林业科技大学刘秀波团队在《中国表面工程》2024年第37卷第4期发表综述论文《表面技术提高农林机械耐磨性能及应用研究进展》，对四种表面技术（热喷涂、喷焊、堆焊、激光熔覆）的优缺点及其在农林机械上的应用进行了概述，提炼出针对不同工况表面技术的选择依据。01引用格式王志文, 刘秀波, 周安, 张飞志, 张世宏. 表面技术提高农林机械耐磨性能及应用研究进展[J]. 中国表面工程, 2024, 37(4): 102-116.WANG Zhiwen, LIU Xiubo, ZHOU An, ZHANG Feizhi, ZHANG Shihong. Research Progress of Surface Technology to Improve the Wear Resistance of Agricultural and Forestry Machinery and Application[J]. China Surface Engineering, 2024, 37(4): 102-116.02论文创新点表面改性技术应用潜力巨大，但针对农林机械的研究进展尚缺乏系统综述。阐述农林机械使用工况及其关键运动部件在服役过程中的失效原因，重点概述四种表面技术（热喷涂、喷焊、堆焊、激光熔覆）的优缺点及其在农林机械上的应用示例，提炼出针对不同工况表面技术的选择依据。通过对四种表面技术的特点和适用场合的归纳总结，激光熔覆作为一种新型的金属表面功能涂层制造技术，具有较高效率、高强度冶金结合和较高性价比，在提高农林机械关键运动部件耐磨性能上的应用具有较大前景。03主要内容据研究表明，一般机械设备大部分零件失效报废是由于磨损导致的，极大地影响了机器的工作效率，严重降低了设备的可靠性，甚至提前报废。机械磨损不仅会造成巨大的经济损失，而且还易引发重大事故，因此提高其耐磨性对机械设备具有重要的意义。目前许多研究人员通过采用表面技术，对农林机械关键运动零件进行表面修复和强化，提高其使用性能、延长寿命，增加其安全可靠性。目前，有多种表面技术应用在提高农林机械关键运动部件的耐磨性、减摩性等摩擦学性能上。国内外学者提高农林机械关键运动零部件耐磨性的手段，大多数是增强其材料的性能或采用表面技术在其表面上制备摩擦学性能优异的合金涂层。目前常用的表面技术有热喷涂、喷焊、堆焊和激光熔覆等。采用表面技术对农林机械关键运动零部件表面进行强化，对提高其耐磨性、节约农业生产资源和林业机械作业成本等有重要的现实意义。本文主要综述了农林机械的使用工况及农林机械关键运动部件的磨损类型及磨损机理，重点概述了四种表面技术（热喷涂、喷焊、堆焊、激光熔覆）的优缺点及其在农林机械上的应用，提炼出针对不同工况表面技术的选择依据。最后总结了目前采用表面技术提高农林机械摩擦学性能研究工作中取得的进展、存在的难题与挑战，对不同表面技术提高农林机械关键运动零部件摩擦学性能的前景与未来研究方向进行了展望。04重要结论 ; ; 通过对农林机械关键运动部件的工作状况，磨损机制以及四种表面改性技术提高农林机械关键运动部件耐磨性能的综合论述，得到以下结论：01我国目前的农林机械装备和农林机械化水平与已实现农业机械化的发达国家相比仍有不小的差距，各种耐磨材料和表面技术在农林机械关键运动零部件上的应用还处于初级阶段。02随着农林机械的发展，农林机械关键运动部件的耐磨性不足已成为制约其普遍推广应用的重要因素。采用热喷涂、喷焊、堆焊、激光熔覆等表面技术提高农林机械关键运动部件的耐磨性，提高农林机械的工作效率，减轻工作强度，改善工作环境。推动农林装备走向高端化。03我国农村的土地大部分是小块不连续的，且大部分农村不适合高度的农业机械化。而农村劳动力价格相对较低，机器更换等作业并不会造成劳动力的浪费。相比于国外来说采用热喷涂、喷焊、表面堆焊和激光熔覆等表面技术提高农林机械零部件的性能，更适合我国农业现05前景与应用01热喷涂技术走过了近 100 年的发展历程，在喷涂材料、工艺及设备等方面均取得了长足的进步，面对日益增长的工业需求，该技术一定会继续发展下去。热喷涂技术涂层和基体结合强度低，在农林机械高强度工作下涂层极易发生脱落。因此，研究制备具有高附着强度、气孔少的热喷涂涂层，且适合农林机械的工况需求是该技术未来研究的重点。02等离子弧热喷焊技术是一种具有发展前景的表面强化技术，喷焊技术在农林业机械领域中的应用前景也十分广阔。随着工业发展,对机械产品的寿命和新材料的制备都提出了更高的要求。喷焊过程中所应用到的合金粉末价格相对较高，且喷焊技术易造成粗糙不平的涂层表面、咬边及塌陷等现象，所以在喷焊时要有较高的操作技术。这些不足限制了喷焊技术的发展。因此，在今后的农林机械制造和维修中，设计性价比较高的合金粉末是今后喷焊技术的发展方向，再进一步推广和应用喷焊技术，以满足农林业生产的需要。03堆焊是提高农林机械耐磨性的重要技术之一，由于农林机械零部件的几何构型及材质复杂化、对热加工过程材料和工艺控制、堆焊技术在农林机械上的研究和应用要更高的需求，需要进行更深入的研究。等离子堆焊行业正在不断发展，需要开发新的和改进的技术，以提供更好的结果和更高的效率。04采用激光熔覆技术制备涂层，涂层与基材结合强度高、涂层厚度和硬度可控、耐磨性和耐腐蚀性高等显著优势，但此技术在农林机械修复与强化的应用还存在成本高、试验环境要求苛刻等难题。在未来研发适用于农林机械修复与强化的新型复合材料粉末，在已有的材料体系上，结合农林机械的特点，设计出适合农林机械不同工况的性价比高的 优质熔覆材料粉末体系。05课题组简介论文主创刘秀波工学博士，中南林业科技大学材料科学与工程学院教授、博士生导师。研究方向包括材料表面工程与摩擦学、激光材料加工等。中国机械工程学会摩擦学分会常务委员和表面工程分会委员、材料表界面科学与技术湖南省重点实验室主任、湖南省机械工程学会常务理事暨摩擦学分会副理事长，中南林业科技大学材料科学与工程一级学科硕士点带头人。20余种国内外材料/机械/应用物理领域知名SCI期刊通讯审稿人，《中国表面工程》（EI）、《表面技术》（EI）、《材料保护》、《表面工程与再制造》期刊编委；国家自然科学基金、教育部科技奖励和学位论文通讯评审专家，科技部创新人才、国际合作项目评审专家，国家科技部、湖南省、贵州省、江西省、四川省、广东省、湖北省、苏州市、长沙市科技专家数据库入库专家。王志文第一作者，中南林业科技大学材料科学与工程学院，在读硕士研究生，研究方向为材料表面工程与摩擦学。团队简介中南林业科技大学材料表界面科学与技术湖南省重点实验室团队目前有教师4人，研究生22人，带头人刘秀波教授、博导，中国机械工程学会摩擦学分会常务委员、表面工程分会委员、材料表界面科学与技术湖南省重点实验室主任、20余种国际知名SCI期刊通讯审稿人；《中国表面工程》（EI）、《表面技术》（EI）、《材料保护》、《表面工程与再制造》期刊编委；国家自然科学基金、教育部科技奖励和学位论文通讯评审专家，科技部创新人才、国际合作项目评审专家。主持国家自然科学基金3项、湖南省重点研发计划等省部级项目12项，发表学术论文160余篇，其中第一或通讯作者SCI论文63篇，获湖南省自然科学二等奖（排1），第一发明人有效中国发明专利10件，国内外学术会议邀请报告和大学讲座100余次。往/期/论/文/回/顾来阅读本文责任编辑：吴 ; 桐责任校对：梁福军审 ; ; ;核：张 ; 强 ;长按图片，识别二维码，关注我们吧中国表面工程中文、中国科技核心期刊ESCI、EI、Scopus等收录文章推荐/稿件查询/期刊游览
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