【摘要】：隨著技術(shù)的提高和介觀物理的發(fā)展,介觀尺度下材料的摩擦特性,尤其是介觀尺度活動(dòng)部件的界面摩擦特性,引起了實(shí)驗(yàn)和理論研究工作者的廣泛關(guān)注。系統(tǒng)研究介觀尺度下界面的摩擦特性對(duì)于微型精密儀器的精確控制以及生物醫(yī)藥的靶向輸運(yùn)有著重要意義。本文第1章首先對(duì)宏觀摩擦、介觀摩擦、以及原子分子尺度摩擦進(jìn)行概述。第2章簡(jiǎn)單介紹兩種典型的超順磁界面潤(rùn)滑材料。一種是磁流變液。由于良好的抗磨損性使磁流變液廣泛應(yīng)用于傳動(dòng)元件之間,并在仿生學(xué)中用來(lái)模擬人體手臂關(guān)節(jié)等運(yùn)動(dòng)。另一種是活性磁化膠體�；钚阅z體已成為近年來(lái)研究的熱點(diǎn),研究其摩擦特性能幫助我們實(shí)現(xiàn)活性膠體在介觀尺度的自主、可控運(yùn)輸,并將這種機(jī)制運(yùn)用于工程運(yùn)用,如精確診斷、藥物運(yùn)輸以及微型機(jī)構(gòu)對(duì)血管骨骼的簡(jiǎn)單處理。本文在第3章利用郎之萬(wàn)分子動(dòng)力學(xué),以無(wú)序釘扎襯底上二維磁流變液和活性磁化膠體模擬介觀尺度下兩種超順磁界面膠體潤(rùn)滑材料,并系統(tǒng)研究無(wú)序釘扎強(qiáng)度、磁場(chǎng)強(qiáng)度以及溫度等因素對(duì)平均摩擦力和最大靜摩擦力的影響。通過(guò)對(duì)平均靜摩擦力的系統(tǒng)研究,發(fā)現(xiàn):(1)弱釘扎下,系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)有序結(jié)構(gòu)(磁流變液系統(tǒng)出現(xiàn)長(zhǎng)鏈,活性磁化膠體系統(tǒng)出現(xiàn)島狀),平均摩擦力可以忽略,呈現(xiàn)出超潤(rùn)滑現(xiàn)象;隨著釘扎強(qiáng)度的增加,系統(tǒng)有序結(jié)構(gòu)完全被破壞,平均摩擦力出現(xiàn),并隨釘扎強(qiáng)度線性增加。(2)較高的磁場(chǎng)強(qiáng)度會(huì)導(dǎo)致磁流變液系統(tǒng)在較強(qiáng)釘扎下仍然維持超潤(rùn)滑狀態(tài),而活性磁化膠體系統(tǒng)則相反。(3)溫度的升高也會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)超潤(rùn)滑現(xiàn)象,即使在強(qiáng)釘扎情況下也有可能出現(xiàn)超潤(rùn)滑現(xiàn)象。通過(guò)對(duì)最大靜摩擦力的系統(tǒng)研究,發(fā)現(xiàn):(1)最大靜摩擦力隨著襯底釘扎強(qiáng)度的增加而增加。脫釘點(diǎn)附近,磁流變液系統(tǒng)的鏈狀和活性磁化膠體系統(tǒng)的島狀有序微觀結(jié)構(gòu)逐漸被破壞,直至消失。(2)磁流變液系統(tǒng)的最大靜摩擦力隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加而減小。脫釘點(diǎn)附近,系統(tǒng)開始出現(xiàn)長(zhǎng)鏈、束鏈有序結(jié)構(gòu)。當(dāng)磁場(chǎng)增加到一定強(qiáng)度后,最大靜摩擦力幾乎不隨磁場(chǎng)強(qiáng)度的改變而改變,此時(shí),脫釘點(diǎn)附近開始出現(xiàn)貫穿整個(gè)區(qū)域的通鏈。進(jìn)一步增加磁場(chǎng)強(qiáng)度,最大靜摩擦力驟減為零,脫釘點(diǎn)附近的鏈狀結(jié)構(gòu)破碎�；钚源呕z體系統(tǒng)的最大靜摩擦力隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加,先增大后減小(即峰值效應(yīng))。脫釘點(diǎn)附近,系統(tǒng)在低場(chǎng)下的島狀有序結(jié)構(gòu)隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加逐漸消失。當(dāng)磁場(chǎng)增加到一定強(qiáng)度(峰值處的值)后,進(jìn)一步增加磁場(chǎng)強(qiáng)度,脫釘點(diǎn)附近,系統(tǒng)又由塑性無(wú)序結(jié)構(gòu)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蚓w結(jié)構(gòu)。(3)升高溫度,最大靜摩擦力降低。脫釘點(diǎn)附近,低溫下,隨著溫度的提升,系統(tǒng)形成更加有序的微觀結(jié)構(gòu)(磁流變液系統(tǒng)出現(xiàn)長(zhǎng)鏈和束鏈;活性磁化膠體系統(tǒng)出現(xiàn)島狀)。進(jìn)一步升高溫度,有序結(jié)構(gòu)反而被破壞,這是由于溫度引起的熱漲落與無(wú)序釘扎競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果。這種熱漲落與襯底釘扎的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系在低釘扎強(qiáng)度時(shí)表現(xiàn)得尤為明顯。上述結(jié)果對(duì)于研究外場(chǎng)等因素對(duì)介觀器件摩擦特性的影響以及介觀可控運(yùn)輸?shù)忍峁├碚撝笇?dǎo)。
[Abstract]:With the improvement of technology and the development of mesoscopic physics, the friction properties of materials at mesoscopic scale, especially the interfacial friction properties of mesoscopic moving parts, have attracted extensive attention of experimental and theoretical researchers. In chapter 1, macroscopic friction, mesoscopic friction and atomic-molecular scale friction are summarized. In chapter 2, two typical superparamagnetic interfacial lubricating materials are briefly introduced. One is magnetorheological fluid (MRF). Active colloids have become a hot research topic in recent years. The study of their friction properties can help us realize the autonomous and controllable transport of active colloids at mesoscopic scale, and apply this mechanism to engineering applications, such as accurate diagnosis, drug delivery and microcomputer. In Chapter 3, using Langevin molecular dynamics, two superparamagnetic interfacial colloidal lubricating materials on disorderly pinned substrates were simulated by two-dimensional magnetorheological fluids and reactive magnetized colloids at mesoscopic scales. The effects of disorderly pinning strength, magnetic field strength and temperature on average friction and maximum friction were systematically studied. The influence of static friction is studied systematically. It is found that: (1) under weak pinning, the ordered structure (long chain in MRF system and islands in active magnetized colloid system) will appear in the system, and the average friction can be neglected, showing super-lubrication phenomenon; with the increase of pinning strength, the ordered structure of the system will be completely destroyed. (2) Higher magnetic field strength will cause the MRF system to remain super-lubricated under stronger pinning, whereas the reactive magnetized colloid system will remain super-lubricated on the contrary. (3) Higher temperature will also lead to super-lubrication, even in the case of strong pinning. It is found that: (1) the maximum static friction increases with the increase of the pinning strength of the substrate. The island-like ordered microstructure of the chain-like and active magnetized colloidal systems of the magnetorheological fluid system is gradually destroyed near the pinning point until they disappear. (2) The maximum static friction of the magnetorheological fluid system increases with the magnetic field. When the magnetic field increases to a certain strength, the maximum static friction almost does not change with the change of the magnetic field strength. At this time, a through chain appears near the nail removal point. With the further increase of the magnetic field strength, the maximum static friction decreases sharply. The maximum static friction of the active magnetized colloid system increases first and then decreases (i.e. peak effect) with the increase of magnetic field intensity. The island-like ordered structure of the system disappears gradually with the increase of magnetic field intensity near the nail removal point. With the increase of magnetic field intensity, the system gradually transforms from a plastic disordered structure to an ordered crystal structure. (3) With the increase of temperature, the maximum static friction decreases. When the temperature rises further, the ordered structure is destroyed, which is the result of the competition between the thermal fluctuation caused by temperature and disordered pinning. And provide theoretical guidance for mesoscopic controllable transportation.
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：O648.1

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本文編號(hào)：2237820