冰滑移过程中界面水的纳米流变学

冰的滑溜是日常现象，但令人惊讶的是，尽管有悠久的科学史，它仍存在争议。在冰上测得极小摩擦，经典上归因于滑块与冰之间一层薄的自润滑融水膜的存在。然而，尽管冰与雪的宏观摩擦行为已被广泛研究，人们对界面水膜及其力学性质却知之甚少。在本工作中，我们发展了一种冲程探针力测量技术，以揭示冰润滑的微观机制。我们同时测量珠子在冰上的剪切摩擦，并量化原位界面膜的力学性质及其在不同速度与温度区间下的厚度。与标准观点相反，融水表现出复杂的粘弹性流变行为，其粘度比纯水高出多达两个数量级。融水这种非传统的流变学为冰的滑溜提供了一种新的、自洽的解释。此外，疏水涂层由于局部粘度的惊人变化而被证明可强烈降低摩擦，为冬季运动中的打蜡效应提供了出乎意料的解释。除冰摩擦外，我们的结果指出了通向自修复润滑剂以实现超低摩擦的新途径。