黏附摩擦对表面粗糙度与弹性模量的依赖性

当黏弹性弹性体材料以低速在坚硬粗糙表面滑动时，有两种主要的耗散机制控制着摩擦随滑动速度的变化：黏弹性耗散与黏附耗散。为区分这些耗散机制的贡献，我们测量了交联聚二甲基硅氧烷（PDMS）在三种表面化学性质相似的不同粗糙表面上、跨越近六个数量级滑动速度下的摩擦剪应力。结果表明，观测到的摩擦由黏附耗散主导，而非黏弹性耗散。已有的弹性体摩擦模型假设粗糙度仅通过接触面积大小影响黏附耗散；相反，我们发现从宏观到原子所有尺度上由粗糙度诱发的振荡影响了控制黏附耗散的分子过程。尽管此前已知粗糙度诱发的振荡影响黏弹性耗散，但这是首次证明这些振荡也控制摩擦中黏附组分的行为。最后，虽然理论预测粗糙摩擦应与弹性模量（$E'$）无关，我们展示了其对模量的强烈依赖，摩擦剪应力按 $E'^{1/2}$ 标度。以此方式分析时，来自四种不同模量与三种不同粗糙度的数据坍缩到一条普适曲线上，以描述软材料的速度依赖摩擦。综上，本研究为摩擦的黏附组分及其对材料粗糙度与刚度的依赖提供了新认识。