【摘要】：隨著技術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部件的界面摩擦特性,引起了實驗和理論研究工作者的廣泛關注。系統研究介觀尺度下界面的摩擦特性對于微型精密儀器的精確控制以及生物醫(yī)藥的靶向輸運有著重要意義。本文第1章首先對宏觀摩擦、介觀摩擦、以及原子分子尺度摩擦進行概述。第2章簡單介紹兩種典型的超順磁界面潤滑材料。一種是磁流變液。由于良好的抗磨損性使磁流變液廣泛應用于傳動元件之間,并在仿生學中用來模擬人體手臂關節(jié)等運動。另一種是活性磁化膠體�；钚阅z體已成為近年來研究的熱點,研究其摩擦特性能幫助我們實現活性膠體在介觀尺度的自主、可控運輸,并將這種機制運用于工程運用,如精確診斷、藥物運輸以及微型機構對血管骨骼的簡單處理。本文在第3章利用郎之萬分子動力學,以無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滑材料,并系統研究無序釘扎強度、磁場強度以及溫度等因素對平均摩擦力和最大靜摩擦力的影響。通過對平均靜摩擦力的系統研究,發(fā)現:(1)弱釘扎下,系統會出現有序結構(磁流變液系統出現長鏈,活性磁化膠體系統出現島狀),平均摩擦力可以忽略,呈現出超潤滑現象;隨著釘扎強度的增加,系統有序結構完全被破壞,平均摩擦力出現,并隨釘扎強度線性增加。(2)較高的磁場強度會導致磁流變液系統在較強釘扎下仍然維持超潤滑狀態(tài),而活性磁化膠體系統則相反。(3)溫度的升高也會導致出現超潤滑現象,即使在強釘扎情況下也有可能出現超潤滑現象。通過對最大靜摩擦力的系統研究,發(fā)現:(1)最大靜摩擦力隨著襯底釘扎強度的增加而增加。脫釘點附近,磁流變液系統的鏈狀和活性磁化膠體系統的島狀有序微觀結構逐漸被破壞,直至消失。(2)磁流變液系統的最大靜摩擦力隨著磁場強度的增加而減小。脫釘點附近,系統開始出現長鏈、束鏈有序結構。當磁場增加到一定強度后,最大靜摩擦力幾乎不隨磁場強度的改變而改變,此時,脫釘點附近開始出現貫穿整個區(qū)域的通鏈。進一步增加磁場強度,最大靜摩擦力驟減為零,脫釘點附近的鏈狀結構破碎�；钚源呕z體系統的最大靜摩擦力隨著磁場強度的增加,先增大后減小(即峰值效應)。脫釘點附近,系統在低場下的島狀有序結構隨著磁場強度的增加逐漸消失。當磁場增加到一定強度(峰值處的值)后,進一步增加磁場強度,脫釘點附近,系統又由塑性無序結構逐漸轉變?yōu)橛行蚓w結構。(3)升高溫度,最大靜摩擦力降低。脫釘點附近,低溫下,隨著溫度的提升,系統形成更加有序的微觀結構(磁流變液系統出現長鏈和束鏈;活性磁化膠體系統出現島狀)。進一步升高溫度,有序結構反而被破壞,這是由于溫度引起的熱漲落與無序釘扎競爭的結果。這種熱漲落與襯底釘扎的競爭關系在低釘扎強度時表現得尤為明顯。上述結果對于研究外場等因素對介觀器件摩擦特性的影響以及介觀可控運輸等提供理論指導。
[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.
【學位授予單位】：鄭州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：O648.1

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本文編號：2237820