新發現！科學家揭示了界面增強—減弱和吸附模式轉變的力學機理

3月31日，科技日報記者從中國科學技術大學獲悉，該校工程科學學院鄭志軍研究組發現物體表面粗糙度可以改變接觸界面的強度和吸附模式，并揭示了界面增強—減弱和吸附模式轉變的力學機理。相關研究成果日前發表在《固體力學與物理雜志》上。

在微納米尺度下，材料的表面形貌和表面相互作用極大地影響了材料的吸附接觸行為，發展吸附接觸力學理論對生物力學、微納米機電和原子力顯微鏡等眾多領域都具有重要的基礎意義。自然界中許多現象與粗糙表面吸附接觸問題密切相關，如昆蟲吸附在物體表面、壁虎在墻壁上行走等。理想光滑表面并不存在，實際表面都是粗糙的，表面粗糙度對材料吸附行為的影響存在著持久性爭議，力學機理尚不明晰。

針對上述問題，研究團隊通過建立粗糙表面變形與相互作用的自洽方程，發展了完全自洽模型。在編制的計算程序中，從根本上解決吸附自洽方程中積分項所存在奇異性問題的同時，采用弧長控制法、自適應網格和牛頓迭代法等技術解決了數值求解的困難，獲得了高精度的數值計算結果。

研究人員發現，隨著粗糙度的增加，界面強度先增大后減小，吸附模式從簡單接觸轉變為多點接觸。研究人員進而建立了吸附模式分區圖，給出了界面增強—減弱的臨界粗糙度，并揭示了吸附增強-減弱的力學機理。當表面粗糙度較小時，在拔出過程中接觸區內出現起伏狀壓強分布，使得拔出力增大;而當表面粗糙度較大時，由于粘著應力存在上限，在拔出過程中局部界面出現空化，形成吸附屏蔽區，使得拔出力減小。(記者吳長鋒)

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關鍵詞： 界面增強 吸附