Nanoscale Liquid Crystal Lubrication Controlled by Surface Structure and Film Composition
由于液晶具有长程有序的倾向，它们已成为下一代润滑剂的潜在候选者。在这里，我们构建了一个全原子模型的4-氰基-4-己基联苯（6 CB）双液晶润滑剂与己烷混合，并限制在云母表面。我们探讨了云母的表面结构，以及润滑剂的成分和厚度，在系统中的纳米级摩擦的效果。我们的结果表明，云母表面的结构，特别是钾（$\mathrm{K}^+$）离子的位置，在确定单层润滑剂的滑动摩擦性质（包括是否存在粘滑动力学）方面发挥着关键作用。随着限制表面的相称设置，当周期性$\mathrm{K}^+$离子之间产生的凹槽平行于滑动方向时，我们观察到与垂直情况相比更低的摩擦力。相对于前两种情况，离子的随机位置表现出更小的摩擦力。对于较厚的润滑层，表面结构变得不那么重要，并且我们观察到与6CB和添加剂己烷的体积粘度的实验数据非常一致。在较厚的润滑层的情况下，仍然可以通过调节混合物中6CB和己烷的相对浓度来控制摩擦。
2018-12-23 cond-mat.soft
Nano-silica based Aqueous Colloidal Gels as Eco-friendly Thixotropic Lubricant
本研究提出一种由NaCl和二氧化硅纳米颗粒形成的水性触变性胶体凝胶，通过调节流变性能，在钢-钢界面实现超低摩擦与近零磨损，性能显著优于干摩擦与水润滑。
2025-06-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Role of Wettability, Adhesion, and Instabilities in Transitions During Lubricated Sliding Friction
本研究通过实验揭示软材料润滑摩擦中，润湿性主导混合至边界润滑转变，而载荷引发的弹性不稳定性主导弹流至混合润滑转变。
2024-12-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Molecular dynamics investigation of a model ionic liquid lubricant for automotive applications
在目前的工作中，我们提出了一种新的建模方法来模拟细观现象的润滑活塞环气缸套接触。我们的几何形状允许可变的限制间隙和间隙中的不同量的润滑剂，同时避免润滑剂挤出到真空中。我们已经实现了粗粒分子动力学描述的离子液体作为润滑剂，可以扩展到横向水库。结果表明，两种制度的润滑，弹性流体动力学的一个在低负荷和一个低，速度无关的比摩擦，在高负荷下。在小的板-板距离处观察到的法向力的急剧上升是一种有趣的行为，可以潜在地用于防止固体-固体接触和磨损。
2016-12-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Nano-Clay-Stabilized Water-in-Oil Colloidal Pickering Emulsions as Thixotropic Lubricant
Indian Institute of Technology Kanpur（坎普尔印度理工学院）
本研究开发了以向日葵油为基质的纳米有机粘土稳定流变水包油Pickering乳液，通过系统研究其流变和摩擦性能，发现其具有优异的减摩和耐磨性能，且具备方向敏感性和负载响应性。
2026-05-10 cond-mat.soft
A Nanographene Disk Rotating a single Molecule Gear on a Cu(111) Surface
润滑剂广泛应用于宏观机械系统中以减少摩擦和磨损。然而，在微观尺度上，润滑剂在多大程度上是有益的尚不清楚。因此，在这项研究中，我们考虑两个金刚石固态齿轮在纳米级浸在不同的润滑剂分子，并进行经典的MD模拟，以调查运动的旋转传输。我们发现，润滑剂可以帮助同步齿轮之间的旋转传输的分子种类和质量中心的距离无关。此外，驱动齿轮的角速度的影响进行了研究，并显示出与齿轮之间的键合形成过程。
2021-08-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Molecular origin of driving-dependent friction in fluids
流体的摩擦系数在外部驱动增加时可能成为速度的函数。这种非牛顿行为具有普遍的理论意义以及很大的实际重要性，例如，用于润滑剂的设计。虽然在大规模的散装液体的原子模拟中观察到了这种效应，但其理论公式和微观起源还没有得到很好的理解。在这里，我们使用耗散校正有针对性的分子动力学，拉开两个标记的液体分子在周围的分子的存在下，并通过广义朗之万方程分析这个非平衡过程。该方法是基于二阶累积展开的Jarzynski的身份，这是有效的流体，因此允许一个精确的计算的摩擦配置文件以及底层的内存内核。我们表明，流体中的速度依赖性摩擦的结果从一个复杂的相互作用的近阶结构效应和非马尔可夫行为的摩擦记忆内核。对于复杂的流体，如模型润滑剂\alkane，记忆内核表现出拉伸指数长时间衰减，这反映了系统的时间尺度的众多。
2022-04-07 cond-mat.soft
Simple Microscopic Theory of Amontons' Laws for Static Friction
本文提出了一种普遍存在的静摩擦现象的微观理论。两个表面之间的相互作用建模的能量惩罚，表面重叠的程度呈指数增长。根据Amontons定律，所产生的静摩擦与载荷成比例。然而，裸露表面之间的摩擦系数消失的面积的个别接触的增长，除了在罕见的情况下，相称的表面。当在表面之间引入一层可动原子吸附层时，对于任何表面几何形状，都得到了与面积无关的摩擦系数。从我们的简单的分析模型的预测证实了原子详细的分子动力学模拟。
2000-12-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Understanding the effect of the base oil on the physical adsorption process of organic additives using molecular dynamics
本研究利用分子动力学模拟探究有机摩擦改进剂在显式基础油中的初始吸附过程，发现吸附时间取决于基础油结构，并揭示了除“链匹配”外基础油对吸附的另一影响。
2019-01-31 cond-mat.soft
From plastic flow to brittle fracture: role of microscopic friction in amorphous solids
软质无定形材料的塑性通常涉及在强烈剪切时出现的集体变形模式。无定形塑性的微观基础通常是通过“Eshelby”型事件的概念建立的，Eshelby型事件是通过非局部弹性型相互作用在周围材料中诱导流动的局部突然重排。尽管无序固体在尺度、微观成分或相互作用方面存在差异，但这种流动的普遍机制已经被提出。然而，我们认为，颗粒状固体中的摩擦相互作用的存在下，通过成核微剪切裂纹，不断聚结建立系统的跨越类地层故障的方法改变了流动的动力学。塑性到脆性的失效转变是唯一控制的程度的摩擦阻力，这是在本质上类似的作用，分离的突然和光滑的屈服制度在玻璃结构中的异质性。
2018-10-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other cond-mat.soft
The role of microscopic friction in statistics and scaling laws of avalanches
该研究通过数值模拟探究二维摩擦颗粒体系的雪崩统计与标度律，发现微观摩擦决定雪崩尺寸分布临界指数，摩擦颗粒微观滑移会诱发大量小雪崩增大幂律指数，证实微观摩擦是平均场描述的关键，对真实材料雪崩现象意义重大。
2023-05-01 cond-mat.soft
Experimental testing of the Prandtl-Tomlinson model: Molecular origin of rotational friction
该研究以受限胆甾相液晶实验测量旋转扭矩和分子构型转变，验证准一维PT模型与Aubry转变，并为静摩擦的破裂成核提供分子证据。
2024-04-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Friction-induced Shear thickening: a microscopic perspective
我们开发了一个微观图片的剪切稠化在稠密的悬浮液，强调摩擦力的作用，耦合旋转和平移的自由度。仅用接触力和粘性阻力进行的模拟显示出明显的剪切增稠，同时接触数和摩擦力引起的能量耗散增加。在高密度下，当平移运动受到严重约束时，我们观察到类似液体的齿轮状态，其中颗粒具有明显的相对旋转，与作为整体旋转的类似固体的区域共存。后者通过受抑环稳定，所述受抑环随着压力的增加而变得更加众多和持久，从而引起这种马赛克状结构的长度增加和粘度的相应增加。
2016-09-25 cond-mat.soft
Velocity dependence of friction of confined polymers
我们提出了分子动力学摩擦计算的分子长度为20至1400个碳原子的受限烃固体。考虑两种情况：（a）聚合物对硬基板滑动，和（b）聚合物上的聚合物滑动。我们讨论了这两种情况下的摩擦剪应力的速度依赖性。在我们的模拟中，聚合物薄膜非常薄（约为100微米）。3nm），并且固体壁在离聚合物板短距离处连接到恒温器。在这些情况下，我们发现摩擦热效应并不重要，并且聚合物膜中的有效温度总是接近恒温器温度。在第一种设置（a）中，对于分子长度为60至1400个碳原子的烃，剪切应力几乎与分子长度无关，但对于最短的烃C20H42，摩擦剪切应力较低。在所有情况下，摩擦剪应力随滑动速度单调增加。对于聚合物在聚合物上滑动[情况（b）]，摩擦大得多，并且速度依赖性更复杂。对于分子长度为60至140个碳原子的烃，润滑剂单层的数量随着滑动速度的增加（从6层到7层）而（突然）增加，导致摩擦力的降低。分层过渡前后，摩擦剪应力与滑动速度的对数近似成正比。对于最长的碳氢化合物（1400个碳原子）的摩擦没有表现出依赖于滑动速度，和最短的碳氢化合物（20个碳原子）的摩擦剪切应力增加与滑动速度几乎线性。
2009-11-18 cond-mat.soft
Artificial Tribotactic Microscopic Walkers
摩擦力是两个表面之间相互滑动的阻力，是各种运动方案的核心。虽然这种方案在均匀环境中得到了一定程度的理解，但在非均匀环境中基于摩擦的运动并没有得到太多的关注。在这里，我们介绍和展示的概念tribotaxis利用microwalkers检测梯度的摩擦系数控制的生物受体的密度在基板上。当随机启动时，这些微步行者迁移到摩擦力更高的区域，有效地执行趋化性。基于有偏随机游动的模拟和理论与实验非常吻合。我们的研究结果可能有重要的意义，在人工和自然的运动在生物环境中，因为接口是一个突出的主题在自然界中。
2014-05-09 cond-mat.soft
Molecules on rails: friction anisotropy and preferential sliding directions of organic nanocrystallites on two-dimensional materials
二维（2D）材料被设想为用于纳米机械系统的超薄固体润滑剂。到目前为止，它们在纳米尺度上的摩擦性能已经通过标准摩擦力显微镜进行了研究。然而，纳米颗粒的横向操纵是一个更合适的方法来研究摩擦对两个接触表面的晶体学的依赖性。然而，这样的实验仍然缺乏。在这项研究中，我们结合原子力显微镜（AFM）的横向操纵和分子动力学模拟，以调查的运动的有机针状纳米石墨烯和六方氮化硼的范德华外延生长。我们观察到纳米针碎片-当被AFM针尖推动时-不会沿着原始的推动方向移动。相反，它们优先沿着针状物的生长方向在2D材料上滑动，针状物沿着相称的方向充当不可见的轨道。此外，当纳米晶通过施加扭矩与AFM针尖在整个优先滑动方向旋转时，我们发现AFM悬臂梁的扭转信号增加。我们证明，结合模拟，这两个，显著的摩擦各向异性和优先滑动方向是由复杂的外延关系，并产生从有机纳米晶体和二维材料之间的相称和不相称的状态。
2018-10-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.app-ph
Effect of Shape and Friction on the Packing and Flow of Granular Materials
采用离散元模拟方法研究了非球面摩擦颗粒的堆积和流动。粒子是超级球，形状为$|x|^{s}+|y|^{s}+|z|^{s} = 1$，从球形（$s=2$）到立方体（$s=\infty$）不等，用双球模型构造。无论是包装分数，$ϕ$，和配位数，$z$，单调减少与微观摩擦$μ$，对于所有的形状。然而，这种减少是更大的$s$由于减少的摩擦增加的面-面接触的分数更显着。对于流动的颗粒，动态摩擦$\tildeμ$ -剪切应力与法向应力之比-取决于形状、微观摩擦和惯性数$I.$。对于所有形状，$\tildeμ$从其准静态值$\tildeμ_0$增长为$(\tildeμ-\tildeμ_0) = dI^α,$，对于有摩擦和无摩擦形状具有不同的普遍行为。对于无摩擦形状，指数$α\approx 0.5$和前因子$d \approx 5\tildeμ_0$，而对于摩擦形状$α\approx 1$和$d$仅略有变化。计算结果表明，所得到的流动指数具有普适性，且对所有形状都是一致的。
2018-10-31 cond-mat.soft
Microscopic origin of frictional rheology in dense suspensions: correlations in force space
我们开发了一个统计框架的流变性的密集，非布朗悬浮液，在一个空间中的相关性代表的力量，这是双重的位置空间的基础上。从二维悬浮液的模拟得到的稳态组态的系综工作，我们发现在力空间的对关联函数的各向异性的变化与限制剪切应力（$σ_{xy}$）和包装分数（$ϕ$）。利用这些微观相关性，我们建立了宏观摩擦系数的统计理论：应力张量的各向异性，$μ= σ_{xy}/P$。我们发现，$μ$减少（i）$ϕ$增加和（ii）随着$σ_{xy}$增加。使用一个新的本构关系之间的$μ$和粘度的稠密悬浮液，概括率独立的，我们表明，我们的理论预测的不连续剪切增稠（DST）的流动图，是在良好的协议与数值模拟，和定性特征的$μ$，导致通用的流动图的DST流体在实验中观察到。
2018-09-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
History-dependent friction and slow slip from time-dependent microscopic junction laws studied in a statistical framework
为了研究摩擦的微观起源，我们建立了一个框架来描述形成宏观摩擦界面的大量单个微结的集体行为。每个微结可以在两种状态之间及时切换：以位移相关力为特征的钉扎状态和以时间相关力为特征的滑动状态。而不是单独跟踪每个微结，界面的状态是由两个耦合的分布描述的（i）钉扎结的拉伸和（ii）在滑动状态下花费的时间。我们展示了这个框架是如何代表摩擦文献中存在的重要模型的总体结构。然后，我们用它来系统地研究控制滑动状态持续时间的时间尺度的影响。我们首先找到作为滑动速度的函数的稳态摩擦力。由于该框架允许整个家庭的微结行为的法律，我们展示了如何选择这些法律可以获得单调（加强或减弱）或非单调的速度依赖在宏观尺度。然后考虑瞬态情况下，我们预测的宏观静摩擦系数的强烈影响的方式准备的接口，特别是由以前的滑动事件的滑动动力学。我们还表明，慢滑自发地发生在广泛的行为规律的框架。
2014-06-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.class-ph
Molecular rolling friction: the cogwheel model
借助一个二维模型，我们研究滚动润滑的圆形（二维富勒烯）分子的参数范围很广。确定了微观滚动摩擦可能有效的条件，并与基材和分子之间的相对嵌入有关，后者表现为纳米级的齿轮。
2008-09-05 cond-mat.soft
Microscopic mechanism for the shear-thickening of non-Brownian suspensions
我们提出了一个简单的模型，支持接触动力学模拟以及流变学和摩擦测量，链接从连续到不连续的剪切增稠致密颗粒状糊状物中的颗粒接触不同的润滑制度的过渡。我们确定了一个本地索末菲数，确定从牛顿的剪切增稠流的过渡，然后表明，悬浮液的体积分数和边界润滑摩擦系数控制的剪切增稠过渡的性质，无论是在模拟和实验。
2013-08-05 cond-mat.soft
Stick slip motion in grain grain friction in a humid atmosphere
本文建立了一套测量颗粒在水蒸气气氛中的摩擦应力的装置，分析了水的物理化学性质对玻璃微珠的影响及其对剪切实验的影响。在分析剪切应力信号时，我们发现了两个尺度。在一个珠的微观尺度上，实验结果显示出依赖于珠的大小，剪切速率和湿度的粘滑信号。在珠粒的整个组件的宏观尺度上，剪切应力的总振幅的行为取决于珠粒的尺寸，并且仅对于大于80%的相对湿度是湿度依赖性的。对于高湿度，在微观尺度上，水润滑珠粒的表面，导致微观剪切阻力降低，而在宏观尺度上，剪切阻力增加：非常潮湿的颗粒的组装表现为非牛顿流体。
2005-10-20 cond-mat.soft
Roles of packing fraction, microscopic friction and projectile spin in cratering by impact
本文通过DEM计算研究了弹丸撞击颗粒介质的成坑力学，发现弹丸下方致密区导致反弹，固体摩擦影响坑形态，初始自旋增加穿透长度，堆积分数差异引发标度定律多样性，并提出统一现有相关性的标度。
2023-11-25 cond-mat.soft physics.geo-ph
Microscopic Theory of Protein Folding Rates.II: Local Reaction Coordinates and Chain Dynamics
从聚合物主链的链动力学角度研究了蛋白质折叠过程中跨越障碍的运动，完善了前一篇文章中对蛋白质折叠的微观描述。局部反应坐标被确定为集体增长模式的不稳定波动的鞍点的自由能表面。链动力学的描述包括内部摩擦（独立的溶剂粘度）所产生的骨架二面角的基本异构化。研究发现，在高粘度时，折叠速率与溶剂摩擦力成线性关系，而在低粘度时，由于内耗的影响，折叠速率达到饱和。对于$λ$ -阻遏物，计算的折叠速率前因子，以及从变分理论的自由能垒，给出了一个折叠速率，同意与实验确定的高度稳定的条件下的速率，但理论预测太大的折叠速率在过渡中点。使用一个相当完整的定量理论获得的这种差异激发了一组新的问题链动力学，特别是在个人接触形成详细的运动。
2000-08-30 cond-mat.soft q-bio
Classical quantum friction at water-carbon interfaces
水-碳界面的摩擦仍然是一个主要的难题，理论和模拟无法解释纳米级水流的实验趋势。最近的一个理论框架-量子摩擦（QF）-建议解决这些实验观察，考虑水和石墨表面的介电波动之间的非绝热耦合。在这里，使用一个经典的模型，使微调固体的介电谱，我们提供的证据，从模拟一般支持QF。特别是，由于固体的介电谱中的特征开始与水的自由振动和德拜模式重叠，我们发现摩擦的增加与QF提出的一致。在微观水平上，我们发现，这种贡献摩擦表现得更明显的固体的电荷密度比水的动力学。我们的研究结果表明，QF的实验签名可能是更明显的固体的响应，而不是液态水的。
2023-01-09 cond-mat.soft
