长期以来，科学家们一直无法直接观察到纳米摩擦学领域中滑动界面上发生了什么。虽然基于原子力显微镜的技术已经在纳米尺度上识别了许多摩擦现象，但许多对于缺陷的解释仍然是归因于接触表面的间接或非原位表征造成的。有鉴于此，美国匹兹堡大学的Scott X. Mao教授，Guofeng Wang教授和西北太平洋国家实验室Chongmin Wang教授等结合了原位高分辨率透射电子显微镜和原子力显微镜，直接揭示了原子扩散在金属接触摩擦中的独特作用。

本文要点：

1）提供了摩擦过程中原子尺度界面结构的直接实时观察，在拉伸应力下，原子扩散形成松散的夹层，作为反滑动凸体之间的润滑剂，导致极低的摩擦。

2）在压应力作用下，松散的夹层在平衡距离处成为有序层，导致了低摩擦运动向耗散高摩擦运动的转变。

3）松散的夹层只在最大黏附应力处存在，在接近平衡距离时消失。此外，粗糙表面的接触角在界面结构中也起着不可忽视的作用，从而影响原子摩擦的基本机理。

4）该工作揭示了金属单凸体之间超出一般预期的低摩擦的起源，这突出了原子扩散在决定界面结构和原子摩擦机制中的关键作用。

He, Y., She, D., Liu, Z. et al. Atomistic observation on diffusion-mediated friction between single-asperity contacts. Nat. Mater. (2021).

DOI: 10.1038/s41563-021-01091-3

https://doi.org/10.1038/s41563-021-01091-3