超滑——人类有望摆脱摩擦困扰的新技术

摩擦现象在人们的日常生活和工业生产中随处可见。当摩擦现象发生时，往往伴随着磨损。摩擦和磨损不仅造成巨大的能源浪费(约占全球可支配能源的30%)，还造成设备、装置和材料的巨大损失。每个国家的国内生产总值结构不同，由此造成的财产损失和占国内生产总值的比例每年也不同，一般在2%至7%之间。

中国是一个制造大国，单位国内生产总值能耗高(约为全球平均水平的2.1倍)，机械设备使用寿命短，低端高能耗设备较多。因此，每年摩擦和磨损造成的浪费是巨大的。超级防滑是一项革命性的技术，有望将摩擦能耗和磨损率降低几个数量级，并将在中国工业发展中发挥巨大作用。

为了解决摩擦问题，人们致力于研究永动机或永动机。在人们的想象中，永动机是一种可以不停地工作和运转的机械装置。早在1200年前，有人试图制造这种机械装置，但所有的尝试都以失败告终。

19世纪中叶，随着正确理解能量转换和物质运动形式相互转换之间关系的科学家提出能量守恒定律，永动机的设计逐渐被认为是不可能的想法。运动做功过程中的能量损失是永久运动不能实现的根本原因，即由于摩擦能量耗散，系统不能绝对绝热，总能量将逐渐减少，系统的永久运动不能维持。然而，如何改善润滑，使系统能够传递能量，同时最大限度地减少摩擦能量损失，已经成为许多科学家一生的理想。

超级滑移是近年来摩擦学领域发展最快的方向之一。与传统的机械系统相比，摩擦系数降低了几个数量级(达到0.001个数量级或更少)。超滑有望大大降低摩擦能耗、材料磨损和摩擦噪声，成为人类文明史上摩擦学领域的又一重要贡献。

超滑一般可分为两类，即固体超滑和液体超滑。根据世界领先的固体超滑和液体超滑研究，清华大学揭示了一系列新的物理机制。在固体超滑方面，实现了宏观和微观稳定的超滑，摩擦系数降低到0.0001以下，承载力达到2GPa以上。在液体超滑方面，提出了超滑的双电层效应、流体效应和水化效应或协同机制。摩擦系数降低了两个数量级(可达0.0003)，承载力提高了一个数量级(GPa)，为实现“超润滑工程”奠定了基础。

超滑研究的未来发展趋势包括:探索超滑的新机制和新材料，从而扩大超滑体系的研究范围；开发高灵敏度、宽实验条件范围的精密测量仪器，探索摩擦系数的下限；提高超滑体系的承载能力或扩展超滑速度域；超滑是在宏观尺度和恶劣条件下实现的，将超滑技术推向工业应用。

人类社会的生产和生活离不开摩擦和润滑，关系到人类长期发展的能源和资源问题与摩擦和润滑密切相关。超光滑技术以其超低摩擦系数和接近零磨损率的优良特性，将为未来工业进步和社会发展提供重要支撑。

(作者是中国科学院院士、清华大学机械研究所所长、国际摩擦学理事会执行委员会委员、原国家摩擦学重点实验室主任。他长期致力于摩擦学和超滑研究。)