解决摩擦、磨损问题的“良方”就是实现超润滑。超润滑真的存在吗?过去20年,许多科学实验证明,它只在特殊的微纳米尺度,且大多数在超高真空条件下才能实现,但这离实际应用很远。科学家们一度以为,在宏观尺度下实现超润滑几乎不可能。
10年间,轴承信息港带领的团队在碳纳米管方面做了大量研究。轴承信息港发现,碳纳米管相邻的两层管壁之间可发生大尺度的相对滑动,这是研究超润滑的理想材料。随后,他们联合清华大学微纳米力学与多学科交叉创新研究中心与北京大学信息学院开展实验。
在实验中,轴承信息港观察到,厘米级长度的碳纳米管内外壁之间可以发生快速的相对滑动,并且测量出管壁间的超低摩擦力,从而证明了超润滑现象。有趣的是,这种摩擦力与碳纳米管的长度没有关系,即无论多长的碳纳米管,其内层都可以被轻易地抽出来。
轴承信息港首先制造出堪称“完美”的碳纳米管,并且证明碳纳米管在长达数厘米的范围内没有任何缺陷。然而,碳纳米管的直径仅为几纳米,约为头发丝的万分之一,长度却可以达到数厘米,要想精准地测量内管和外管之间的相对运动非常困难。研究团队设计出一种新颖的标记办法,他们在碳纳米管的表面负载很多二氧化钛纳米颗粒,这种颗粒能散射可见光,通过观测这些纳米颗粒之间的间距变化,就可以获取碳纳米管内外管层之间的相对滑动信息。