纳米薄膜流变：表面力仪与油性添加剂的作用

本文主要探讨了表面力仪在研究超薄润滑膜摩擦特性和油性添加剂影响方面的应用。作者王慧、陈军、邹撮和胡元中在清华大学精密仪器及机械学系和摩擦学国家重点实验室进行了一项实验，他们利用自制的表面力仪对润滑剂基础油和含有油性添加剂的薄膜进行了流变特性测试。实验发现，当膜厚达到纳米级别时，润滑油表现出非牛顿流体的剪切稀释现象，即等效粘度随膜厚减小而增加，直至达到一个临界膜厚，此时粘度急剧升高。 加入油性添加剂后，显著地改变了这一特性，润滑油的等效粘度降低，临界膜厚也随之减小。这表明薄膜流变特性与界面的摩擦状况密切相关。油性添加剂的作用在于形成一个低摩擦系数且厚度较薄的吸附层，与界面两侧的润滑流体共同构成夹层结构。这种结构解释了实验观察到的薄膜流变行为，尤其是对于纳米尺度下润滑性能的重要影响。 研究还强调了表面力仪在纳米摩擦学和薄膜流变学领域的关键地位，它对于理解微纳米尺度下的材料行为以及在微机电系统设计中的应用至关重要。然而，当时在国内，这种精密的实验装置仍属罕见，大部分还在国外研究机构自主研发。 文中提到的表面力仪采用了等色序条纹(FECO)方法来测量膜厚和法向作用力，这是一种基于多光束干涉技术的精密测量手段。同时，利用压电晶体片双梁结构实现了振动式侧向驱动和摩擦力的实时监测。这项研究不仅提供了深入理解纳米润滑膜行为的新视角，也为纳米摩擦学和薄膜流变学的研究领域填补了国内空白，推动了相关技术的发展。