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纳米尺度速率-状态摩擦行为研究

目前，世界工业化国家有约30%的能源由摩擦而消耗。理解和控制摩擦，对人类理解和预测自然现象（例如地震）和发展制造业至关重要。传统的速率-状态摩擦(rate and state friction,简称RSF)理论是一套广泛应用于描述宏观尺度界面摩擦力的理论，例如钢、纸、聚合物、岩石等材料的界面。特别是其对断层岩石摩擦力的有效刻画，使其在对地震的研究中有基础性地位。然而，传统 RSF理论基本是唯象和经验性的，缺乏微观物理机制支持。笔者近年来对纳米尺度单峰接触的由界面化学键合导致的RSF行为的几个重要方面进行了系统研究。这系列研究工作包括：揭示摩擦老化（ageing）如何依赖载荷与接触时间；揭示摩擦记忆距离的物理机制；首次发现并解释短接触时间内的线性摩擦老化现象；对沾滑现象的系统研究；建立纳米尺度基于物理的RSF理论。申请人的工作对从物理层面理解传统RSF理论奠定了基础，从长远来看有助于更好地理解地震。另外，这系列工作研究的是二氧化硅材料（作为断层岩石的代表材料），而硅（包括表面的二氧化硅氧化层）是目前微纳米器械的常用材料，所以笔者的工作也建立了这些微纳米器械表面摩擦的物理基础，有助于更好地控制接触式微纳米器械的运动。
关键词: 速率-状态摩擦；摩擦记忆距离；摩擦老化；沾滑；微纳米摩擦；原子力显微镜