从分子接触到多微凸体接触：粗糙度如何弥合摩擦尺度间隙
软凝聚态物质
2023-01-25 v2
摘要
尽管摩擦源于接触界面处原子间的基本相互作用，但其在宏观尺度上的最佳描述仍然是唯象的。所谓的“速率与状态”模型通过相对滑动速度和接触界面的“年龄”来描述摩擦响应，但未能揭示控制宏观响应的纳米尺度机制；而原子尺度的摩擦模型往往忽略了粗糙度如何改变摩擦行为。本文通过将宏观摩擦的物理起源与由纳米级粗糙度导致的吸附单分子层之间接触结的存在相关联，弥合了纳米与宏观摩擦描述之间的这一间隙。我们表明，这些接触结的动力学源于分子运动。通过耦合实验与原子模拟，我们强调，在系统静置后瞬态摩擦会超调其稳态值，摩擦力在几纳米的距离内衰减至稳态值，该距离远小于接触结尺寸，即使均方根粗糙度仅为 0.6 nm。我们证明了这种瞬态衰减如何与粗糙表面上吸附分子之间跨表面吸引物理连接数量的演变内在相关。我们还表明，粗糙度是出现摩擦老化的充分条件。在表现出结构老化的系统中，这表明接触结是观察瞬态摩擦超调的关键组成部分，并揭示了接触结内部分子运动如何控制宏观响应。
引用
@article{arxiv.2111.13588,
title = {From molecular to multi-asperity contacts: how roughness bridges the friction scale gap},
author = {Lucas Frérot and Alexia Crespo and Jaafar A. El-Awady and Mark O. Robbins and Juliette Cayer-Barrioz and Denis Mazuyer},
journal= {arXiv preprint arXiv:2111.13588},
year = {2023}
}