2005年6月30
物理学家们对在可见世界中发生摩擦和粘附时的情况有很好的了解。例如，你踩下刹车，你的轮胎和高速公路相互作用使你的车停下来。你把两块木头粘在一起，它们就粘在一起了。
但是那些小到看不见的东西有多滑多黏呢?当不超过1000个原子的固体表面擦肩而过时，它们的反应会像橡胶和道路一样吗?它们会像木头和胶水一样粘在一起吗?
答案是“视情况而定”约翰霍普金斯大学物理学家们使用计算机建模来研究摩擦和粘附如何在原子水平上起作用。
“任何由单个原子构成的表面都有原子维度的‘凸起’，能够改变原子(在计算机模型中)的位置，使我们能够量化原子结构的影响，”该校克里格艺术与科学学院(Krieger School of Arts and Sciences)亨利·a·罗兰物理与天文系(Henry a . Rowland Department of Physics and Astronomy)教授马克·o·罗宾斯(Mark O. Robbi欧洲杯线上买球ns)说。
罗宾斯说，模型显示，即使这些表面是由相同的材料制成的，但形状相同，但局部结构不同的数千个原子的表面，其行为也大不相同。他说，局部应力和粘结力的变化可能是两倍或更多，摩擦可能是十倍。
这项研究由罗宾斯和研究生栾斌泉在6月16日出版的《自然》杂志上发表。他们的发现有一天可能有助于纳米机器的成功设计。纳米机器是指通过在原子尺度上操纵材料而制造的设备。欧洲杯足球竞彩
罗宾斯说:“每个人都知道物质是由离散的原子组成的，但大多数力学行为模型忽略了这一点，认为原子是被‘涂抹’到人工连续介质中。”“这种方法在描述大型机器的行为时很有效，但当整个机器只有几个到一千个原子时，会发生什么呢?”这个答案对人造纳米机器和许多生物过程的功能至关重要。”
罗宾斯和卢安研究了固体表面之间的接触，这些表面的半径从100到1000个原子的直径不等。这种大小的凸起可能是典型的纳米机器表面或原子力显微镜的尖端，用于在原子尺度上测量机械性能。
通过计算机模拟，研究小组追踪了多达1000万个原子在固体表面被推到一起时的位移。然后，他们将这些位移、总粘附力和摩擦力与使用标准的“连续体理论”计算的相同力进行了比较。“连续体理论”认为，物质是被涂抹的，而不是离散的原子。
罗宾斯说:“了解原子的确切结构和每个原子的运动方式，使我们能够检验连续统理论的两个关键假设。”“虽然它描述了几乎原子尺度下固体的内部反应，但它的表面是光滑和无特征的假设在原子水平上严重失败”。
在《自然》杂志文章附带的一篇“新闻与观点”论文中，加州大学圣巴巴拉分校(University of California, Santa Barbara)的雅各布•以色列奇维利(Jacob Israelachvili)指出，这些结果对试图“抹黑”原子结构的理论的局限性具有根本性的影响，并指出“表面可能以理想的方式裁剪……如果考虑到原子尺度的细节。”罗宾斯说，这项工作很重要，因为人们对纳米技术越来越感兴趣，纳米技术中不必要的粘附和过度摩擦可能会导致设备故障或无法工作。他说:“希望这将有助于创造指导纳米技术设计所需的新工具。”