Linking energy loss in soft adhesion to surface roughness
在运输（轮胎，垫圈，密封件），生物材料，微接触印刷和软机器人等领域，对软材料粘合的机械理解至关重要。长期以来，测量表明，接触的表观粘附功始终低于材料的固有粘附功，并且在分离期间存在粘附滞后，通常由粘弹性耗散解释。仍然缺乏的是一个定量的实验验证之间的联系，粘附和测量的地形。在这里，我们使用接触尺寸的原位测量来研究软弹性聚二甲基硅氧烷（PDMS）半球（模量范围从0.7到10 MPa）在四种不同的多晶金刚石衬底上的粘附行为，其形貌特征跨越八个数量级，包括下至朗斯特伦尺度。结果表明，表观粘附功的减少等于实现共形接触所需的能量。此外，在接触和移除期间的能量损失等于粘附的本征功和真实接触面积的乘积。这些研究结果提供了一个简单的机制，定量链接广泛观察到的粘附滞后粗糙度，而不是粘弹性耗散。
2019-12-02 cond-mat.soft
Effect of a Microscopic Roughness on Biological Adhesion of a Spherical Capsule
通过计算机模拟，这项工作解决了可变形的球形胶囊粘附到由周期性阵列的支柱组成的微粗糙表面。根据微浮雕形貌，已经观察到三种不同的粘附状态：1）弱粘附而没有膜的变形（fakir状态）; 2）强粘附，具有胶囊膜的变形并结合到底壁（嵌套或接触状态）; 3）通过微柱刺穿胶囊。已经发现，周期性的微浮雕意味着胶囊在粗糙表面上的有利定位。
2018-10-06 cond-mat.soft physics.bio-ph
Inter-particle adhesion regulates the surface roughness of growing dense three-dimensional active particle aggregates
活动和自生运动是在许多生命和非生命系统中观察到的基本特征。鉴于颗粒间的粘附力是已知的，以调节颗粒动力学，我们研究如何粘附强度控制的边界生长和粗糙度在一个活跃的颗粒聚集。使用基于粒子的模拟，结合活动（出生，死亡和生长）和系统的物理相互作用（弹性和粘附），我们建立了粒子间粘附强度（$f^{ad}$）控制的表面粗糙度的密集堆积的三维（3D）活性粒子聚集体扩展到一个高粘度的介质。我们发现，3D活性颗粒聚集体的表面粗糙度与颗粒间粘附强度$f^{ad}$成比例地增加。我们发现，在径向和切向的活性颗粒均方位移（MSD）的不对称性抑制3D表面粗糙度在较低的粘附强度。通过分析颗粒位移的统计特性在聚集体外围，我们确定的3D表面粗糙度是由活性颗粒的运动向核心在高颗粒间的粘附强度。我们的研究结果阐明了物理控制粘性3D活性颗粒集体膨胀成一个高粘性介质，与理解随机界面生长的影响活性物质系统，其特征在于自生粒子通量。
2021-03-28 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.TO
Lateral diffusion of receptor-ligand bonds in membrane adhesion zones: Effect of thermal membrane roughness
细胞的粘附是由膜受体介导的，所述膜受体结合到并列细胞膜中的互补配体。通常认为，膜-膜粘附区中的移动受体-配体键的侧向扩散比未结合的受体和配体的扩散慢。我们发现，这种放缓不仅是由结合的受体-配体复合物的较大尺寸，但也由膜形状的热波动。我们将两个粘附的膜模拟为通过受体-配体键固定在一起的弹性片，并使用蒙特卡罗模拟研究键的扩散。在我们的模型中，波动减少键扩散常数在平面膜中的一个因素接近2的生物相关制度的小键浓度。
2007-03-19 cond-mat.soft
Two comments on adhesion
粘附悖论是指观察到，对于大多数固体物体，当它们脱离分子接触状态时，没有粘附力可以检测到。粘附悖论的结果从表面粗糙度，我们目前的实验和理论结果表明，粘附在大多数情况下是“杀死”的最长波长的粗糙度。进行了人手指和清洁玻璃板之间的粘附实验，并且对于干燥手指，没有发生宏观粘附。我们认为，所观察到的接触面积随着剪切力的增加而减少，这是由于非粘性手指玻璃接触力学，涉及复杂的层状材料的大变形。
2020-07-06 cond-mat.soft
Crack-front model for adhesion of soft elastic spheres with chemical heterogeneity
粘附滞后可由表面粗糙度或化学不均匀性引发的弹性不稳定性引起。然而，这些不稳定性在粘附滞后的作用仍然知之甚少，因为我们缺乏理论和数值模型占现实的粗糙度。我们的工作重点是低粗糙度或弱异质性的软弹性球的粘附，压痕过程可以描述为一个近似圆形的外部裂纹的格里菲斯式传播。我们讨论了如何描述接触的领域与化学异质性，导致波动的本地工作的粘附。我们引入了一个变分的一阶裂纹扰动模型，并验证我们的方法使用边界元模拟。裂纹扰动模型忠实地预测接触形状和滞后力穿透曲线，只要接触周长保持接近一个圆，接触区域是简单连接的。计算上，裂纹扰动模型是数量级更有效的比相应的边界元制剂，允许现实的异质性领域。此外，我们的裂纹前制定澄清连接的粘附滞后的经典理论钉扎的弹性线。
2021-08-15 cond-mat.soft
On Pastewka & Robbins' criterion for macroscopic adhesion of rough surfaces
Pastewka & Robbins（PNAS，111（9），3298-3303，2014）最近提出了一个区分两个表面何时粘在一起的标准，并提出它与粗糙理论存在很大的冲突。结果表明，当带宽α较小时，它们的准则与Fuller和Tabor粗糙模型的准则非常接近，但在其它情况下，粗糙度的均方根幅值减小了一个因子Sqrt（α）。因此，这意味着任何粗糙表面的粘性与去除了粗糙度的几乎所有波长分量（除了非常精细的波长分量）的表面的粘性相同，这可能是违反直觉的。因此，如果得到证实，结果非常有趣。可能的来源的近似值，并发现一个显着的错误，在绘制的拉脱数据，这可能会提高与富勒和塔博尔的配合。然而，在他们自己的标准和基于粗糙度的标准似乎都表明无粘性的情况下，他们仍然显示出有限的拉脱值，并且在这些方面的结果是不确定的。
2016-02-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Segregation of receptor-ligand complexes in cell adhesion zones: Phase diagrams and role of thermal membrane roughness
免疫细胞的粘附区，即“免疫突触”，具有受体-配体复合物的特征结构域。结构域的形成可能是由受体-配体复合物的长度差异引起的，并且已经在T细胞粘附到具有锚定配体的支撑膜的实验中进行了研究。对于具有结合细胞膜中受体TCR和LFA 1的两种类型的锚定配体MHCp和ICAM 1的支撑膜，已经观察到在宽范围的配体浓度和亲和力下细胞粘附区中TCR-MHCp和LFA 1-ICAM 1复合物的结构域的共存。对于支持膜与长和短的配体结合到相同的细胞受体CD 2，相反，域共存已观察到一个相当窄的配体浓度比。在这篇文章中，我们确定了详细的相图细胞粘附支持膜与细胞粘附的物理模型。我们发现了一个特性的差异之间的粘附场景中，两种类型的配体在支持膜结合（i）相同的细胞受体或（ii）两种不同的细胞受体，这有助于解释实验观察。我们的相图完全包括纳米尺度上的细胞膜的热形状波动，这导致域形成的临界点和受体和配体的合作结合。
2010-07-22 cond-mat.soft q-bio.SC
When are rough surfaces sticky?
在分子尺度上，表面之间存在强烈的吸引相互作用，但很少有宏观表面是粘性的。广泛的模拟接触的粘合剂表面的粗糙度在纳米到微米尺度上被用来确定粗糙度如何减少原子接触的区域，从而削弱粘附力。材料特性、粘合强度和粗糙度参数按数量级变化。在所有情况下，原子接触面积与负载呈线性上升，并且对于弱相互作用，前因子与粘合强度呈线性上升。在阈值粘合强度以上，前因子改变符号，表面变粘并且需要有限的力来分离它们。一个无参数的分析理论，描述了这些数值结果的变化超过五个数量级的负载。它将阈值强度与粗糙度和材料性质联系起来，解释了为什么大多数宏观表面不粘。数值结果是定性和定量的不一致与经典理论的基础上的Greenwood-Williamson方法，忽略了范围内的粘附力，不包括粗糙的相互作用。
2013-11-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Angle-independent optimal adhesion in plane peeling of thin elastic films at large surface roughnesses
弹性薄膜从基体上的剥离是力学中的经典问题。然而，迄今为止，关于该主题的许多研究都集中在从具有平坦表面的基板上剥离。本文研究了从具有周期性表面起伏的刚性基底上剥离弹性薄膜的问题。我们允许膜的分离部分与基底之间的接触。我们给出了分析结果，用于计算的平衡力给定的真实剥离角，这是在分离的部分膜离开基板的角度。当没有接触时，我们提出了明确的结果，用于计算从衬底的轮廓的真实剥离角和用于确定平衡状态的稳定性仅从衬底的表面曲率。一般的结果，我们得出的情况下，涉及接触，使我们能够探索制度的剥离在大表面粗糙度。我们的分析表明，这种制度的剥离力可以成为独立的剥离方向粗糙化的表面。该结果与在平坦表面上剥离的结果形成鲜明对比，在平坦表面上剥离力强烈地取决于剥离方向。我们的分析还表明，在大粗糙度制度的剥离力达到其理论上限，而不管基板的表面轮廓的其他细节。
2020-04-16 cond-mat.soft physics.app-ph
Adhesive rough contacts near complete contact
最近，有一些争论的影响，附着力的接触粗糙表面。经典的粗糙理论预测，与实验观察一致，粘附总是被粗糙度破坏，除非相同的振幅非常小，并且材料特别柔软。所有分形维数都是如此。然而，这些理论是有限的，由于几何简化，这可能是特别强的条件下，接近完全接触。因此，我们引入一个简单的模型的粘附，其目的是严格的接近完全接触，我们假设只有两个机构之间的小隔离的差距。利用肯·约翰逊关于寻找全接触解的修正解的思想，可以将间隙视为“受压裂纹”。该解决方案是Xu，Jackson和Marghitu最近提出的无粘合剂解决方案（XJM模型）（2014）的扩展。这一过程似乎证实了最近的理论使用的JKR理论，即粘附的效果严重依赖于分形维数。对于D<2.5，包括绝大多数天然表面的情况，存在预期的强粘附效果。只有对于大的分形维数，D>2.5，似乎对于足够大的放大倍数，完全分形粗糙度完全破坏粘附。这些结果是部分自相矛盾的，因为除了在特殊情况下，在自然界中没有观察到强粘附。一个可能的出路的悖论可能是，该结论是相关的接近完全接触制度，在界面处的缺陷的强大的作用，和充满污染物的间隙，滞留的空气或液体的压力，需要进一步探讨。如果在加载时没有达到接近完全接触的条件，则经典粗糙体理论的结论可能得到证实。
2015-05-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Polarity-dependent Electroadhesion at Silicon Interfaces with Nanoscale Roughness
本研究测量并建模纳米级粗糙度多峰硅界面的电粘附，发现多晶硅仅在衬底正偏压下表现电粘附（归因于多晶硅中空穴迁移率低于电子），且静电作用可增强刚性光滑表面粘附与摩擦，为精密定位等应用提供参考。
2025-08-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Capillary adhesion between elastic solids with randomly rough surfaces
本文研究了两个具有随机粗糙表面的弹性固体之间的接触面积和粘附功与相对湿度的关系。假设表面是亲水的，并且在固体之间的界面处形成毛细桥。对于具有相对光滑表面的弹性硬固体，当刚好有足够的液体填充固体之间的界面空间时，实际接触面积以及因此滑动摩擦最大，这通常发生在$d_{\rm K} \approx 3 h_{\rm rms}$中，其中$d_{\rm K}$是毛细管桥的高度，而$h_{\rm rms}$是（组合）表面粗糙度轮廓的均方根粗糙度。对于弹性软固体，实际接触面积在非常低的湿度下最大（即，小$d_{\rm K}$），其中毛细管桥能够将固体拉至几乎完全接触。在这两种情况下，当$d_{\rm K} >> h_{\rm rms}$对应于高相对湿度时，粘附功最大（并且等于$2γ{\rm cos}θ$，其中$γ$是液体表面张力，$θ$是液-固接触角）。
2008-05-06 cond-mat.soft
On the interaction of viscoelasticity and waviness in enhancing the pull-off force in sphere/flat contacts
出于粗糙度引起的粘附增强（增韧和加强）在低模量材料，我们研究了从基板上的球体在接触边缘的粘弹性耗散的存在下，和粗糙度在一个单一的轴对称波纹的形式脱离。我们表明，Guduru和同事发现的弹性情况下（即在非常小的脱离速度）的粗糙度引起的增强往往会消失，随着速度的增加，粘弹性效应占主导地位，问题的方法，一个光滑的球体。这与Guduru小组用明胶进行的原始实验定性一致。交叉速度是两个独立效应可比较的地方。粘弹性有效地阻尼了粗糙度引起的弹性不稳定性，并使其影响变得不那么重要。
2020-11-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Why soft contacts are stickier when breaking than when making them
本研究通过裂纹扰动模型和实验证明，即使无接触老化或粘弹性，表面粗糙度也能在完全弹性接触中引发粘附滞后，揭示接触周长的粘滑不连续跳跃，并定量重现实验滞后，解释软材料粘附的普遍性。
2023-07-26 cond-mat.soft
Roughness-controlled Tribocharging Governs Friction in Dry Glass Contacts
University of Amsterdam（阿姆斯特丹大学）；Van’t Hoff Institute for Molecular Sciences（范特霍夫分子科学研究所）；Advanced Research Center for Nanolithography (ARCNL)（先进纳米光刻研究中心）
通过实验证明，在干燥玻璃接触中，增加纳米尺度粗糙度可通过抑制摩擦电粘附来降低摩擦，颠覆了粗糙度增强摩擦的传统观念。
2026-06-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Loading-unloading hysteresis loop of randomly rough adhesive contacts
本文研究了软固体与随机粗糙面粘附接触时的加载和卸载行为。粗糙度被假定为描述一个自仿射分形波矢量的有限范围内。谱方法被用来生成这样的随机粗糙表面。对结果进行统计平均，计算的接触面积和施加的载荷显示为加载和卸载条件下贯入度的函数。我们发现，结合的粘附力和粗糙度导致滞后加载-卸载循环。这表明，能量可以简单地作为粗糙度和范德华力的结果而损失，因为在这种情况下，存在大量的局部能量极小值，并且系统可能被困在亚稳态中。我们数值量化的滞后损失和评估的表面统计特性和能量的粘附上的滞后过程的影响。
2016-04-29 cond-mat.soft
A multiscale Molecular Dynamics approach to Contact Mechanics
弹性体之间的摩擦力和粘附力受接触表面粗糙度的强烈影响。在这里，我们开发了接触力学的多尺度分子动力学方法，当表面在许多不同的长度尺度上具有粗糙度时，也可以使用该方法，例如，自仿射分形曲面。作为一个例子，我们考虑了随机粗糙表面之间的接触，并表明，接触面积线性变化的负载小。我们还分析了接触形态和压力分布在不同的放大倍数，无论有没有粘附。计算结果与基于连续介质力学的分析接触力学模型进行了比较。
2006-01-05 cond-mat.soft
Depth-dependent hysteresis in adhesive elastic contacts at large surface roughness
接触力-压痕深度测量在接触实验涉及顺应性材料，如聚合物和凝胶，显示滞后回线的大小取决于最大压痕深度。这种深度相关的滞后（DDH）是不能用经典的接触力学理论解释，被认为是由于材料的粘弹性，塑性，表面聚合物交错，和水分等的影响，它已被观察到，DDH的能量损失最初增加，然后减少与粗糙度。一位作者提出了一个力学模型的基础上发生的粘附和粗糙度相关的小尺度不稳定性来解释DDH。然而，该模型仅适用于无限小的表面粗糙度的制度，因此，它不捕捉在大粗糙度制度的能量损失与表面粗糙度的减少。基于Maugis-Dugdale的弹性粘附接触理论和Nayak的粗糙表面理论，提出了一种适用于大表面粗糙度区域的新的力学模型。该模型捕捉的趋势，减少能量损失的粗糙度增加。它还捕捉实验观察到的能量损失的最大压痕深度，材料和表面特性的依赖关系。
2018-03-20 cond-mat.soft
A variational approach with embedded roughness for adhesive contact problems
本文提出了一种新的变分公式，用于求解任意形状的非平面型面压入可变形半平面的粘着接触问题。该方法利用了原来的想法占的形状粗糙度作为校正正常的间隙函数，而不是显式离散粗糙度高阶数值插值方案。由此产生的接口有限元与eMbedded轮廓关节粗糙度（MPJR接口有限元）推导和其实现作为一个用户自定义的元素进行了全面的描述。该方法对赫兹之间的圆柱体和半平面的接触问题进行了验证，也在存在的粘附，显示出显着的精度，尽管使用的低阶插值。随后示出的能力和效率的方法在具有挑战性的无摩擦的正常接触问题之间的变形基板和粗糙的轮廓解析描述的Weierstrass-Mandelbrot函数。这种方法开辟了新的视角，粗糙度的接触问题的解决方案，使用有限元法，到目前为止，强烈限制的问题，提供了一个准确的表示粗糙度。
2018-05-07 cond-mat.soft
Effective free energy for pinned membranes
我们认为细胞膜是通过特定的受体-配体键粘附的。膜的热波动诱导粘附位点之间的有效相互作用。我们推导出一个上限的自由能是独立的相互作用的细节。最低阶的系统扩展，我们得到两体相互作用，允许映射到一个格子气的自由能与恒定的密度。单独诱导的相互作用不足以导致单个粘附位点的凝聚。示出的热粗糙度的测量依赖于粘附位点的密度的平方根的倒数，这是在良好的协议与以前的计算机模拟。
2011-04-21 cond-mat.soft
Rate-dependent adhesion of viscoelastic contacts. Part II: numerical model and hysteresis dissipation
本文提出了一个数值模型来描述刚性球形压头与粘弹性粗糙基底之间的粘附法向接触。该模型考虑耗散过程的假设下，粘弹性损失是本地化的（微）接触线。数值预测，然后与实验测量结果进行比较，这表明一个强大的粘附滞后主要是由于粘性能量耗散发生在拉脱。这种滞后是令人满意的接触模型，它允许区分由于材料耗散的能量损失，由于弹性不稳定的粘附滞后。我们的分析表明，分离表面所需的拉脱力受到分离速率和均方根粗糙度振幅的强烈影响，但几乎不受卸载开始的最大载荷的影响。此外，从光滑接触到粗糙接触时观察到的分离接触和非接触区域的边界线的增加对粘性耗散的影响可以忽略不计。这种增加远不如接触面积的减小显著，因此接触面积的减小是控制有效表面能强烈减小的主要参数。
2020-12-14 cond-mat.soft
An approximate model for the adhesive contact of rough viscoelastic surfaces
已知表面粗糙度容易抑制弹性表面的粘附。在这里，一个简单的模型接触的\emph{viscoelastic}粗糙表面的显着水平的粘附力。这种方法是从我们以前的模型[E. Barthel和G. Haiat {\em Langmuir}，18 9362 2002]，用于粘弹性球体的粘合剂接触。为了简单起见，假设一个简单的加载/卸载历史（无限快加载和恒定的拔出速度）。该模型提供了粗糙度响应的近似解析表达式，并表现出完整的粘弹性粘合剂接触现象，如接触区内的应力松弛和接触边缘的蠕变。结合这个模型与粗糙表面的格林伍德-威廉姆森统计建模，我们提出了一个定量评估的粘附粗糙粘弹性表面。我们发现，适度的粘弹性有效地恢复在一个很宽的动态范围内的粗糙表面上的附着力。
2007-09-05 cond-mat.soft
Universal features in "stickiness" criteria for soft adhesion with rough surfaces
Dalvi等人最近发表了一篇非常有趣的论文，通过软材料与硬的粗糙材料的粘附实验，令人信服地证明了Elvison和Tosatti的简单能量概念相当有效，即粘附的表观功的减少等于实现保形接触所需的能量。我们在这里证明，在粘性标准方面，这是非常接近的标准，我们来自BAM（轴承面积模型）的Ciavarella，并不是很远的Violano等人。这是相当令人惊讶的是，所有这些标准给出非常接近的结果，这也证实了粘性主要取决于宏观量。
2019-08-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
The role of adhesion in contact mechanics
直到1971年，Johnson，Kendall和Roberts（JKR）才将Hertz的解推广到弹性球，使用了一个能量参数，我们现在认为这与线弹性断裂力学中使用的参数类似。一个重要的结果是，载荷-位移关系表现出不稳定性，其中接近的物体“跳”接触，而分离的物体在拉伸“拉脱力”下“跳出”。JKR方法已经被广泛用于其他几何形状，但在小的长度尺度或更硬的材料，它被发现是不太准确。在共形接触问题中，可能发生其他不稳定性，其特征在于大和小牵引区域的规则图案的发展。所有这些不稳定性导致加载和卸载曲线之间的差异以及随之而来的滞回能量损失。近年来，粘合接触力学变得越来越重要，重点是软材料[通常允许更大面积的相互作用表面进入粘合力范围内]，纳米器件和生物系统分析。在自然界中发现了应用，例如昆虫附着力，纳米制造，以及更一般地在涉及橡胶或聚合物接触的工业系统中。在本文中，我们回顾了各种方法的优势和局限性，用于分析接触问题，涉及粘附牵引力，特别是不可避免的粗糙度的接触表面的影响。
2018-10-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
A new finite element paradigm to solve contact problems with roughness
本文提出一种基于MPJR界面有限元的计算方法，用于模拟含粗糙表面的接触问题，可处理3D高度场及非线性本构关系，有效解决传统BEM和FEM难以模拟的非线性接触问题，在摩擦学领域具有广阔前景。
2022-04-27 cond-mat.soft
Analytic solution of the multidensity Ornstein-Zernike equation for hard-sphere fluid with tetrahedral quadrupolar-like surface adhesion
University of Ljubljana, Faculty of Chemistry and Chemical Technology（卢布尔雅那大学化学与化学技术学院）；Yukhnovskii Institute for Condensed Matter Physics（尤赫诺夫斯基凝聚态物理研究所）；Heriot-Watt University（赫瑞-瓦特大学）
本文提出了一种多密度方法，用于求解具有四面体四极子样表面吸附的硬球流体的奥本·泽尼克方程，揭示了多密度描述在强关联各向异性流体中的关键作用。
2025-12-25 cond-mat.soft
Surface Forces Apparatus Measurements of Interactions between Rough and Reactive Calcite Surfaces
水中方解石表面间作用的力影响碳酸盐岩和方解石基颗粒物质的宏观性质，并受到方解石表面重结晶的显著影响。我们认为，纳米尺度的方解石在水中的表面重结晶相关的排斥力学效应可能是部分负责观察到的凝聚力下降的方解石岩石饱和水。使用表面力装置（SFA），我们同时遵循方解石的反应性，并在两个表面配置测量在水中的力：两个粗糙的方解石表面（CC）之间，或粗糙的方解石和光滑的云母表面（CM）之间。我们使用纳米尺度的粗糙，多晶方解石薄膜制备的原子层沉积（ALD）。我们只测量了排斥力CC在CaCO $_3$饱和的水，这是有关的水合作用和/或粗糙度。速度依赖性的粘附力进行了测量，在单乙二醇（MEG）在CC相对光滑的表面。粘附力或排斥力在CM中测量在CaCO $_3$饱和的水中取决于方解石粗糙度，并且粘附力可能通过静电效应增强。CM中的拉脱粘附力随着时间的推移而变得更强，并且这种增加与接触处的粗糙度的降低相关，该参数可以从测得的力-距离曲线来估计。方解石的反应性的影响，通过跨纳米到$μ$ m厚的表面之间的间隙的质量传输。主要的粗糙化，观察到只有最光滑的方解石膜，其中两个相对的表面之间的间隙是纳米厚的$μ$ m-大小的区域，并导致结晶力，可以克服围压MPa的顺序。
2019-02-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
On stickiness of multiscale randomly rough surfaces
我们推导出一个非常简单和有效的粘性固体具有随机粗糙度的标准，使用一个新的渐近理论，我们验证与Ewesson和Scaraggi和独立的数值实验。先前声称粘性可能取决于小尺度量，如均方根斜率和/或曲率，通过对接触面积几何形状进行过度简化的假设获得，这在很大程度上是不正确的，因为短波长下粗糙度PSD光谱的截断是不相关的。我们发现粘性通常在粗糙度振幅比吸引力的范围大三个数量级时被破坏。与后者的典型纳米值，该标准给出了理由定性众所周知的经验Dalhquist标准的粘性，要求胶粘剂具有低于约1 MPa的弹性模量。结果澄清了一个在科学和技术领域都存在争议的问题，并可作为更好地理解粗糙度作用的基准。
2018-10-25 cond-mat.soft
Morphology of soft and slippery contact via fluid drainage
软质材料在流体中的接触形成过程伴随着流体的排出和弹性形变。因此，控制润滑压力和弹性之间的耦合提供了设计对湿表面或浸水表面具有可逆和动态粘附的材料的策略。我们的特点是弹性形变的纳米级粗糙度的软涂层，因为它的方法和接触的刚性表面在流体环境中。在接近过程中的润滑压力引起弹性形变并防止接触形成。我们观察到的变形配置文件是显着不同的弹性半空间时，所观察到的软涂层的厚度是可比的流体动力学半径。相比之下，我们表明，表面粗糙度有利于流体排水不改变的弹性形变。因此，弹性和滑动（由表面粗糙度引起）之间的耦合可能导致接触区域中的截留流体袋。
2018-09-28 cond-mat.soft
Fluids of spherical molecules with dipolar-like nonuniform adhesion. An analytically solvable anisotropic model
我们认为巴克斯特的模型的各向异性版本的“粘性硬球”，其中一个不均匀的粘附力是通过添加，各向同性的表面吸引力，适当的“偶极粘性”校正（正或负，取决于分子的相互取向）。由此产生的不均匀的粘附力不断变化，在这样一种方式中，在每个分子中，一个半球比另一个半球更“粘”。我们通过扩展形式主义[M. S. Wertheim，J. Chem. Phys. \textbf{55}，4281（1971）]设计用于偶极硬球。不同于Wertheim的解决方案，它是指“平均球近似”，我们采用了\textit{Percus-Yevick closure with orientational linearization}，这是预期更可靠。我们得到了取向依赖的对关联函数$g(1,2) $的解析表达式。参数$K$只有一个方程需要数值求解。我们还提供了非常精确的表达式，再现$K$以及所需的Baxter因子关联函数的一些参数，$Λ_{1}$和$Λ_{2}$，相对误差小于1%。我们给出了一个物理解释的各向异性的粘附力对$g(1,2) $的影响。该模型可能是有用的理解在一个统一的图片复杂的流体结构有序。
2008-07-02 cond-mat.soft
Plastic deformation of rough metallic surfaces
我们目前的实验和理论结果的塑性变形金属（铝）块的表面形貌。当一个表面光滑的硬球体（这里是一个钢球、石英玻璃球或氮化硅球）压入一个表面平坦但仍然粗糙的金属块时，由于塑性流动，会产生一个球杯状的压痕。然而，凹进区域中的表面粗糙度并不完全平坦。粗糙度的长波长（宏观粗糙）含量是由原始（铝）表面上的粗糙度引起的，但是现在塑性变形。在塑性变形的宏观粗糙接触区，短尺度的粗糙度是由硬球表面的粗糙度和不均匀的塑性流动引起的。我们使用边界元法，结合一个简单的数值计算过程，考虑到塑性流动的接触力学模型。该理论可以半定量地描述塑性流动对粗糙度的修正。由于在大多数情况下，金属密封的流体泄漏是由长波长粗糙度，我们预测，泄漏可以估计的基础上，这里采用的弹塑性接触力学模型。某些玻璃态聚合物表面的塑性形变与我们观察到的铝表面的塑性变形有很大不同，我们将其归因于强的加工硬化和聚合物的不均匀塑性流动。因此，这里提出的计算塑性流动的数值方法不能应用于一般的玻璃态聚合物。
2020-06-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.app-ph
A reduction-to-absurdity approach using absolutely smooth solid surfaces to unveil the origins of wetting
接触角滞后和动力学角的产生是接触角偏离平衡态的两个基本现象。固体表面的粗糙度、薄膜中的分离压力以及液固间的粘附力都被认为是产生这种现象的原因。本文首次在超大规模分子动力学模拟中采用了绝对光滑的固体表面。结果表明，在绝对光滑的表面上，平衡角建立得很好，几乎是规则的，而滞后和动态角消失。用于推进接触线的凸纳米弯曲的关键结构也消失了。相反，由原子组成的固体，即使在最小的粗糙度下，也会带来显著的角度偏差和凸纳米弯曲。使用最先进的氦离子显微镜首次进一步进行了3D观察，揭示了原子级光滑表面上沿接触线的无处不在的纳米级变形。结果回答的角度偏差的起源问题，滞后和动态角度可以统一起源于摩擦，无论是静态或动态的;并在同一时间解决的难题滞后存在于报告的光滑表面，表明即使是最小的，即原子粗糙度是足够大的接触线上是有效的。这一结果与忽略粗糙度的分离压力理论相反，该理论预言了在绝对光滑固体上会出现滞后现象。
2019-01-15 cond-mat.soft
Impact of surface roughness on diffusion of confined fluids
使用事件驱动的分子动力学模拟，我们量化了受限硬球流体的自扩散率如何取决于限制边界的性质。我们探索了具有无特征限制边界的系统，这些边界以不同的方式处理粒子边界碰撞，以及各种类型的物理（即，几何上）粗糙的边界。我们发现，对于中等密度的流体，一个粗糙的壁系统的自扩散率的比例，一个适当的光滑壁参考系是一个线性函数的倒易壁分离，与斜率取决于粗糙度的性质。我们还讨论了一些简单实用的方法来使用这些信息来预测不同粗糙壁系统中的受限硬球流体行为。
2011-09-26 cond-mat.soft
Sliding or Rolling? Characterizing single-particle contacts
本文利用胶体探针原子力显微镜同步测量微粒接触中的法向、切向力及滑动、滚动，揭示粗糙度与黏附对滚动摩擦和流变行为的微观影响。
2024-12-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Monte Carlo simulations of liquid crystals near rough walls
用蒙特卡罗模拟研究了表面粗糙度对近固体基底液晶流体结构的影响。液晶被建模为软椭球体分子的流体，并且基板被建模为排除流体分子的质心的硬壁。表面粗糙度是通过在壁内嵌入具有随机位置和取向的许多分子来引入的。结果表明，随着壁面粗糙度的增加（即嵌入分子的数量增加），壁面附近的密度和有序度降低。从倒易空间顺序张量的波动确定的阻尼系数。结果发现，锚定强度随表面粗糙度的增加而降低。
2005-01-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Role of surface roughness in superlubricity
本文研究了弹性固体与平坦粗糙界面粘着接触时的滑动问题。我们考虑了滑动摩擦对固体弹性模量的依赖性。对于具有不相称表面结构的平面的弹性硬固体，我们观察到极低的摩擦（超润滑性），其随着弹性模量的降低而非常突然地增加。我们表明，即使是一个相对较小的表面粗糙度可能会完全杀死超润滑状态。
2006-04-13 cond-mat.soft
Contact angle measurements on superhydrophobic Carbon Nanotube Forests : effect of fluid pressure
本文研究了压力对水滴在超疏水碳纳米管森林上的接触角的影响。超疏水碳纳米管森林是从一个新的和简单的功能化策略，基于金-硫醇亲和力。使用一个专门设计的实验装置，然后，我们表明，这些表面能够承受高过剩的压力（大于10千帕），而不会过渡到粗糙侵入状态，因此保持其低粘附性能。连同该方法的相对低的技术成本，这种相对于压力的鲁棒性使得这种表面对于实际集成到微流体系统中非常有吸引力。
2005-05-09 cond-mat.soft
Understanding Interfacial Ice Premelting: Structure, Adhesion and Nucleation
Maria Curie-Sklodowska University in Lublin（卢布林玛丽亚·居里-斯克沃多夫斯卡大学）
通过计算机模拟研究不同亲水性基底上冰界面预融化层的厚度和结构，揭示预融化行为与温度、压力的关系，并探讨其对异质冰成核的影响。
2024-10-29 cond-mat.soft physics.app-ph physics.chem-ph
Surface Roughness and Filler Restructuring in Magneto-Active Elastomers: Magnetically Hard versus Magnetically Soft Particles
University of Vienna, Faculty of Physics（维也纳大学物理学院）；Functional Morphology and Biomechanics, Zoological Institute, University of Kiel（基尔大学动物学研究所功能形态学与生物力学）；East Bavarian Center for Intelligent Materials (EBACIM), Ostbayerische Technische Hochschule (OTH) Regensburg（东巴伐利亚智能材料中心（EBACIM），奥斯特巴伐利亚应用技术大学（OTH）雷根斯堡）
本研究通过分子动力学对比研究了相同饱和磁化强度下，填充硬磁与软磁粒子的磁活性弹性体的表面粗糙度与填料重构差异，明确了二者不同的演化路径，并指出需开发考虑羰基铁微粒子多畴特性的软磁模型。
2026-08-17 cond-mat.soft
Effect of surface roughness and adsorbates on superlubricity
本文研究了弹性固体与平坦粗糙界面粘着接触时的滑动问题。我们考虑了滑动摩擦对固体弹性模量的依赖性。对于具有不相称表面结构的平面的弹性硬固体，我们观察到极低的摩擦（超润滑性），其随着弹性模量的降低而非常突然地增加。我们发现，即使是一个相对较小的表面粗糙度或低浓度的吸附物可能完全杀死的超润滑状态。
2007-04-28 cond-mat.soft
Indentation of a Rigid Sphere into an Elastic Substrate with Surface Tension and Adhesion
柔顺材料如凝胶的表面张力提供了除了弹性之外的变形阻力，有时甚至超过弹性。本文研究了表面张力如何改变小硬球压入软弹性基底的接触力学。以前的研究已经检查了外部载荷为零的特殊情况，因此接触仅由粘附驱动。在这里，我们解决了更复杂的问题，除了附着力，变形是由压痕力驱动的。我们提出了一个基于小应变理论的精确解。压痕力（位移）和接触半径之间的关系被发现取决于一个单一的无量纲参数：$ω=σ(μR)^{-2/3}(9πW_{\textrm{ad}}/4)^{-1/3}$，其中$σ$和$μ$是表面张力和剪切模量的基板，$R$是球半径，和$W_{\textrm{ad}}$是界面的粘附功。我们的理论在小和大$ω$的极限下分别简化为Johnson-Kendall-Roberts理论和Young-Dupré方程，并与已有的实验数据进行了比较.结果表明，虽然表面张力对压痕力有显著影响，但在部分润湿类液体极限下的拉脱载荷仅比JKR极限降低1/3，拉脱行为完全由$ω$决定.
2015-01-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Adhesion of surfaces via particle adsorption: Exact results for a lattice of fluid columns
在这里，我们提出了一个一维的气体，或流体，硬球粒子有吸引力的边界的确切结果。这些颗粒可以与大体积储层交换，介导边界之间的相互作用。这种一维气体“柱”的二维晶格表示两个表面之间的三维粒子气体的离散近似。边界或表面的有效粒子介导相互作用势是从一维粒子气体的巨正则配分函数计算的，它是研究得很好的Tonks气体的扩展。有效相互作用势有两个极小值。在边界接触的第一个最小值反映耗尽相互作用，而第二个最小值在分离接近的颗粒直径的结果从一个单一的吸附颗粒，交联的两个边界。第二个最小值是粒子结合能足够大时的全局最小值。有趣的是，对应于这个最小值的有效粘附能在颗粒的中间浓度处是最大的。
2009-11-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Adhesive forces inhibit underwater contact formation for a soft-hard collision
热力学告诉我们，与两个亲水表面相比，两个疏水表面之间的水下接触将导致更强的粘附力。然而，水的存在不仅改变了能量学，而且改变了达到最终状态的动态过程，该过程耦合固体变形和液体排空。这些动力学可能会对实现强大的水下附着力/摩擦力带来挑战，这会影响到包括软机器人、生物运动和轮胎牵引力在内的各个领域。更密切的调查，需要足够精确的解决方案的薄膜抽空，同时控制表面润湿性一直缺乏。我们进行高分辨率的原位阻挫全内反射成像，以跟踪不同刚度的软弹性半球和不同润湿性的光滑硬表面之间的水下接触演化。令人惊讶的是，我们发现从疏水-疏水（粘合剂）接触的水排空的指数速率比从疏水-亲水（非粘合剂）接触的水排空的指数速率低3个数量级。随着玻璃润湿性的降低，下降速率的趋势在热力学粘附力过零的点附近急剧变化，表明抽空模式发生了转变，这是由3维时空高度图所照亮的。粘合剂接触的特征在于密封水坑的早期定位，而非粘合剂接触保持平滑，从一个中心水坑以膜状排空。测量与人类的拇指和替代疏水/亲水玻璃表面表现出实际的后果相同的动态：粘合剂的相互作用导致不稳定的山谷，并导致一个国家的更多的水和不亲密的固体-固体接触。
2021-02-22 cond-mat.soft physics.app-ph
Interplay between polydispersity, inelasticity, and roughness in the freely cooling regime of hard-disk granular gases
考虑了由非弹性粗糙硬磁盘组成的多分散颗粒气体。重点放在动力学理论推导的部分能量生产率和总冷却速率的函数的部分密度和温度（平移和旋转）和参数的混合物（质量，直径，惯性矩，和相互系数的正常和切向恢复）。结果适用于均匀冷却状态的系统和相关的非均分的能量之间的不同组件和自由度。它被发现，磁盘通常呈现出较强的旋转平移不均分，但较弱的组件组件不均分比球体。一个值得注意的“拟态”的效果被揭开，根据该多分散气体的磁盘具有共同的值的恢复恢复系数和减少的转动惯量可以从一个单分散气体中的旋转平移能量不均分的程度是什么区别。该效应要求组分$i$的盘的质量与$2σ_i+\langleσ\rangle$近似成比例，其中$σ_i$是盘的直径，$\langleσ\rangle$是平均直径。
2018-07-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Dependence of Adhesive Friction on Surface Roughness and Elastic Modulus
当粘性弹性体材料以低速在硬粗糙表面上滑动时，有两种主要的耗散机制控制摩擦力如何随滑动速度变化：粘弹性耗散和粘性耗散。为了区分这些耗散机制的贡献，我们已经测量了摩擦剪切应力交联聚二甲基硅氧烷（PDMS）在三个不同的粗糙表面的相似的表面化学在近六十年的滑动速度。结果表明，所观察到的摩擦是由粘附耗散，而不是粘弹性耗散。弹性体摩擦的先前模型假设粗糙度仅通过接触面积的量来影响粘合剂耗散;相比之下，我们发现从宏观到原子的所有长度尺度上发生的粗糙度引起的振荡影响粘合剂耗散的分子过程。虽然以前已知粗糙度引起的振荡会影响粘弹性耗散，但这是首次证明这些振荡也控制摩擦的粘合剂组分的行为。最后，虽然理论预测，粗糙摩擦应该是独立的弹性模量（$E'$），我们表明，一个强烈的依赖于模量，与摩擦剪切应力缩放为$E'^{1/2}$。当以这种方式进行分析时，来自四种不同模量和三种不同粗糙度的数据可以折叠到一条通用曲线上，以描述软材料的速度依赖性摩擦。总之，这项调查揭示了新的光的摩擦的粘合剂成分，以及它如何取决于粗糙度和刚度的材料。
2021-10-02 cond-mat.soft
Film Growth and Surface Roughness with Fluctuating Covalent Bonds in Evaporating Aqueous Solution of Reactive Hydrophobic and Polar Groups: A Computer Simulation Model
提出了一个计算机模拟模型来研究具有吸附基底的尺寸为$L_x \times L_y \times L_z$的简单三维晶格上的疏水基团（$H$）和亲水基团（$P$）的水（$A$）溶液中的膜生长和表面粗糙度。每个组由具有占据单位立方体的适当特性的粒子表示（即，8个站点）。Metropolis算法用于随机移动每个粒子。当$H$和$P$的浓度保持恒定时，允许含水成分蒸发。反应从基底开始，结合的颗粒可以在波动的键长内跳跃。的膜厚度（$h$）和它的界面宽度（$W$）的硬核和相互作用的粒子的温度范围内（$T$）进行检查。模拟数据表明，$h$和$W$的快速增加，其次是它的非单调增长和衰减，然后达到稳态平衡（$h_s, W_s$）在渐近时间步长限制。增长可以用幂律来描述，例如，初始时间方案中的典型值为$h \propto t^γ, W \propto t^β$，随后为$T = 0.5$的$γ\approx 1.5, β\approx 0.8$。对于硬核系统，平衡膜厚度（$h_s$）和表面粗糙度（$w_s$）似乎与温度成线性比例，即，在低$T$下为$h_s = 6.206 + 0.302 T, W_s = 1,255 + 0.425 T$，在高$T$下为$h_s = 6.54 + 0.198 T, W_s = 1.808 + 0.202 T$。相反，对于相互作用的官能团，$h_s$和$W_s$在升高温度…
2005-09-08 cond-mat.soft
Contact mechanics of and Reynolds flow through saddle points: On the coalescence of contact patches and the leakage rate through near-critical constrictions
我们研究了两个粗糙表面的固体之间的机械接触的数值局部模型。当固体通过粘附或通过小的法向载荷$L$轻轻接触时，仅在孤立的贴片处形成接触，并且流体可以通过界面。当负载超过阈值$L_c$时，相邻的片在临界收缩处合并，即，在未变形表面之间的界面分离形成鞍点的点附近。该过程是连续的，没有粘附，并且渗流附近的界面分离完全由标度因子和$L_c-L$符号定义。比例因子导致雷诺流阻，其随$(L_c-L)^β$和$β= 3.45$而发散。接触合并和破坏鞍点附近变得不连续时，无论是短程粘附或特定的短程排斥添加到硬壁排斥。这些结果意味着，接触斑块的合并和破裂可以有助于库仑摩擦和接触老化。
2015-01-26 cond-mat.soft
Flash temperature in sliding contacts: comparing theory with experiments
Peter Grünberg Institute (PGI-1), Forschungszentrum Jülich（于利希研究中心）；State Key Laboratory of Solid Lubrication, Lanzhou Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室）；MultiscaleConsulting（多尺度咨询公司）
研究滑动接触中接触区域温度升高对摩擦和磨损的影响，通过比较理论预测与实验结果验证了理论的准确性。
2026-04-17 cond-mat.soft
The contact mechanics challenge: Problem definition
我们提出了一个接触力学问题，我们认为这是名义上平坦的表面之间的接触的代表。数学上完全定义的接触问题的主要成分是：自仿射粗糙度，线性弹性，小斜率近似，以及无摩擦表面之间的短程粘附。表面能、弹性接触模量和计算机生成的表面形貌在www.lms.uni-saarland.de/contact-mechanics-challenge上提供。为了尽量减少不希望的，但频繁的问题，单位转换错误，我们提供了一些基准结果，如相对接触面积作为负载$a_{\rm r}(L)$之间的$0.1\%$和$15\%$相对接触的函数。我们呼吁理论家和数值家预测包含比$a_{\rm r}(L)$更多信息的量，并提供如何提交预测的信息。感兴趣的量的示例是作为负载函数的平均间隙或接触刚度以及参考负载下接触片尺寸、界面应力和界面分离的分布。数字准确的参考结果将在随后的工作中传播，包括对提交的结果进行评估。
2015-12-08 cond-mat.soft
Surface separation in elastoplastic contacts
Luleå University of Technology（吕勒奥理工大学）；Forschungszentrum Jülich（于利希研究中心）；Chinese Academy of Sciences（中国科学院）；MultiscaleConsulting（多尺度咨询）
本文提出了一种在弹性塑性接触中考虑表面分离的方法，通过多尺度理论和数值模拟验证了塑性变形对表面分离的影响。
2026-01-05 cond-mat.soft
Jamming Distance Dictates Colloidal Shear Thickening
我们报告的动态接触网络的胶体悬浮液剪切增稠的实验和计算观察。致密的悬浮液由空间稳定的聚（甲基丙烯酸甲酯）硬球胶体组成，其是球对称的，并具有不同的表面粗糙度。共焦流变仪和耗散粒子动力学模拟表明，剪切增稠强度与缩放赤字接触数和缩放堵塞距离呈指数关系。与光滑胶体相比，粗糙胶体经历额外的切向和滚动约束，需要平均少1.5 - 2个颗粒接触，以产生相同的剪切增稠强度。这是因为表面粗糙度增强了几何摩擦，使得粗糙胶体在堵塞点附近的自由体积不会发生大的变化。相比之下，光滑的胶体必须经历自由体积的显着减少，以支持等效的剪切应力。不同胶体粗糙度下的有效自由体积与剪切下堵塞时最大近邻数的不足有关。我们的研究结果进一步表明，每个接触的力是不同的颗粒具有不同的形态。
2021-06-03 cond-mat.soft
Rubber friction on (apparently) smooth lubricated surfaces
研究了橡胶在硬润滑表面上的滑动摩擦。我们表明，即使肉眼看起来坚硬的表面很光滑，它也可能表现出短波长的粗糙度，这可能对橡胶摩擦产生主要影响。也就是说，观察到的滑动摩擦主要是由于基底表面凹凸引起的橡胶的粘弹性变形。所提出的结果是非常重要的橡胶密封和其他橡胶应用涉及（显然）光滑表面。
2007-10-18 cond-mat.soft
Effective particle size governs structure and dynamics in rough hard-particle fluids
College of Physics, Chengdu University of Technology（成都理工大学物理学院）；Department of Physics, University of Montpellier, CNRS（蒙彼利埃大学物理系）；State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection, Chengdu University of Technology（成都理工大学地质灾害防治与地质环境国家重点实验室）；School of Physics and Astronomy, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学物理与天文学院）
本研究通过数值模拟发现，粒子表面粗糙度对硬粒子流体性质的影响可通过引入有效粒径定量描述，从而将粗糙粒子系统映射为硬圆盘系统，并利用标准液态理论预测其静态和动态性质。
2026-09-09 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
