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热激发效应对界面摩擦的影响

王亚珍 黄平 龚中良

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热激发效应对界面摩擦的影响

王亚珍, 黄平, 龚中良

The effect of thermal excitation on the interfacial friction

Wang Ya-Zhen, Huang Ping, Gong Zhong-Liang
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  • 论文主要从微观角度研究摩擦热产生的机理及摩擦热对摩擦性能的影响. 依据固体物理学中原子热振动理论, 以界面摩擦为研究对象, 从分析界面原子的受迫振动出发, 得出界面摩擦过程中原子的振动实际上是自激振动和受迫振动的叠加, 界面原子在非平衡状态下的热振动将导致声子的激发和湮灭, 进而导致摩擦热的产生, 摩擦界面的温度升高. 然后, 从温度对界面原子能级分布和跃迁的影响角度探讨了热激发效应对界面摩擦的影响, 分析得出如下结论: 温度低时, 界面原子处在激发态的概率随着温度的升高而增加, 导致摩擦系数随温度增加而增加; 温度在100 K附近界面原子处在激发态的概率出现峰值, 导致摩擦系数出现峰值; 当温度高于临界值后, 摩擦系数随温度的升高反而会降低. 最后将本文的理论分析的结果与他人的实验结果对比, 显示两者的趋势一致, 表明本文提出的理论和方法可行.
    In the present paper, by analyzing the microscopic mechanism of forced vibration of interfacial atoms, it is shown that the atomic vibration is actually the superposition of the self-excited vibration and the forced vibration. The phonon excitation and annihilation due to the thermal vibration of the interfacial atoms in a non-equilibrium state are studied based on solid state physics and quantum mechanics. Then, the temperature effect on vibration energy levels of interfacial atoms are investigated, which shows that when the temperature is low, the probability for a quantum harmonic oscillator being in an excited state rises with temperature, causing the friction coefficient to rise with temperature. When the temperature is around 100 K, the probability for a harmonic oscillator being in the excited state reaches the peak, causing a peak friction coefficient at this point. When the temperature is above 100 K, the friction coefficient decreases with temperature. The trends of our analytical results and the experimental results of others are the same, indicating that the proposed theory and method are feasible.
      通信作者: 王亚珍, yazhen.wang@mail.scut.edu.cn
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 50675068, 50875087)和 广东省自然科学基金博士启动项目(批准号: S2011040001440)资助的课题.
      Corresponding author: Wang Ya-Zhen, yazhen.wang@mail.scut.edu.cn
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 50675068, 50875087) and the Natural Science Foundation of Guangdong Province, China (Grant No. S2011040001440).
    [1]

    Gong Z L, Huang P 2008 Acta Phys. Sin. 57 2358 (in Chinese)[龚中良, 黄平 2008 57 2385]

    [2]

    Czichos H A, 1978 Tribology: A system Approach to the Science and Technology of Friction, Lubrication and Wear (Vol.1) (Netherlands: Amsterdam) p87

    [3]

    Sang Y, Dube M, Grant M 2001 Phys. Rev. Lett. 87 174301

    [4]

    Sang Y, Dube M, Grant M 2008 Phys. Rev. E 77 36123

    [5]

    Krylov S Y, Jinesh K B, Valk H 2005 Phys. Rev. E 71 65101

    [6]

    Gong SM1989 Non-equilibrium Statistical Mechanics (Shanghai: Fudan University Press) p158 (in Chinese) [龚少明 1989 非平衡态统计力学 (上海: 复旦大学出版社) 第158页]

    [7]

    Schirmeisen A, Jansen L, Holscher H 2006 Appl. Phys. Lett. 88 123108

    [8]

    Zhao X, Hamilton M, Sawyer W G 2007 Tribol. Lett. 27 113

    [9]

    Sills S, Overney R M 2003 Phys. Rev. Lett. 91 95501

    [10]

    Xu Z M, Huang P 2006 Acta Phys. Sin. 55 2427 (in Chinese) [许中明, 黄平 2006 55 2427]

    [11]

    French A P, (translated by Xu X D) 1981 Vibration and Wave (Beijing: People’s Education Press) p116 (in Chinese) [弗伦奇著 (徐绪笃译) 1981 振动与波 (北京: 人民教育出版社) 第116页]

    [12]

    Ma B K, Gao S H, Sun Y 1994 Thermodynamics and Statistical Physics (Beijing: Higher Education Press) p374 (in Chinese) [马本堃, 高尚惠, 孙煜 1994 热力学与统计物理学 (北京: 高等教育出版社) 第374页]

    [13]

    Huang K, Han R Q 1985 Solid State Physics (Beijing: Higher Education Press) p516 (in Chinese) [黄昆, 韩汝琦 1985 固体物理学 (北京: 高等教育出版社) 第516页]

    [14]

    Zeng J Y 2001 Quantum Mechanics (3rd Ed.) (Beijing: Science Press) p135 (in Chinese) [曾谨言 2001 量子力学 (第三版) (北京: 科学出版社)第135页]

  • [1]

    Gong Z L, Huang P 2008 Acta Phys. Sin. 57 2358 (in Chinese)[龚中良, 黄平 2008 57 2385]

    [2]

    Czichos H A, 1978 Tribology: A system Approach to the Science and Technology of Friction, Lubrication and Wear (Vol.1) (Netherlands: Amsterdam) p87

    [3]

    Sang Y, Dube M, Grant M 2001 Phys. Rev. Lett. 87 174301

    [4]

    Sang Y, Dube M, Grant M 2008 Phys. Rev. E 77 36123

    [5]

    Krylov S Y, Jinesh K B, Valk H 2005 Phys. Rev. E 71 65101

    [6]

    Gong SM1989 Non-equilibrium Statistical Mechanics (Shanghai: Fudan University Press) p158 (in Chinese) [龚少明 1989 非平衡态统计力学 (上海: 复旦大学出版社) 第158页]

    [7]

    Schirmeisen A, Jansen L, Holscher H 2006 Appl. Phys. Lett. 88 123108

    [8]

    Zhao X, Hamilton M, Sawyer W G 2007 Tribol. Lett. 27 113

    [9]

    Sills S, Overney R M 2003 Phys. Rev. Lett. 91 95501

    [10]

    Xu Z M, Huang P 2006 Acta Phys. Sin. 55 2427 (in Chinese) [许中明, 黄平 2006 55 2427]

    [11]

    French A P, (translated by Xu X D) 1981 Vibration and Wave (Beijing: People’s Education Press) p116 (in Chinese) [弗伦奇著 (徐绪笃译) 1981 振动与波 (北京: 人民教育出版社) 第116页]

    [12]

    Ma B K, Gao S H, Sun Y 1994 Thermodynamics and Statistical Physics (Beijing: Higher Education Press) p374 (in Chinese) [马本堃, 高尚惠, 孙煜 1994 热力学与统计物理学 (北京: 高等教育出版社) 第374页]

    [13]

    Huang K, Han R Q 1985 Solid State Physics (Beijing: Higher Education Press) p516 (in Chinese) [黄昆, 韩汝琦 1985 固体物理学 (北京: 高等教育出版社) 第516页]

    [14]

    Zeng J Y 2001 Quantum Mechanics (3rd Ed.) (Beijing: Science Press) p135 (in Chinese) [曾谨言 2001 量子力学 (第三版) (北京: 科学出版社)第135页]

  • [1] 李齐治, 张世龙, 彭莹莹. 铜氧超导材料电荷密度波和元激发的共振非弹性X射线散射研究.  , 2024, 73(19): 197401. doi: 10.7498/aps.73.20240983
    [2] 陈锋, 任刚. 基于纠缠态表象的双模耦合谐振子量子特性分析.  , 2024, 73(23): 230302. doi: 10.7498/aps.73.20241303
    [3] 邱钰珺, 李亨宣, 李亚涛, 黄春朴, 李卫华, 张旭涛, 刘英光. 基于纳米点嵌入的界面导热性能优化.  , 2023, 72(11): 113102. doi: 10.7498/aps.72.20230314
    [4] 刘英光, 薛新强, 张静文, 任国梁. 基于界面原子混合的材料导热性能.  , 2022, 71(9): 093102. doi: 10.7498/aps.71.20211451
    [5] 王子, 张丹妹, 任捷. 声子系统中弹性波与热输运的拓扑与非互易现象.  , 2019, 68(22): 220302. doi: 10.7498/aps.68.20191463
    [6] 顾云风, 吴晓莉, 吴宏章. 三终端非对称夹角石墨烯纳米结的弹道热整流.  , 2016, 65(24): 248104. doi: 10.7498/aps.65.248104
    [7] 周青春, 狄尊燕. 声子对隧穿量子点分子辐射场系统量子相位的影响.  , 2013, 62(13): 134206. doi: 10.7498/aps.62.134206
    [8] 王亚珍, 黄平, 龚中良. 温度对微界面摩擦影响的研究.  , 2010, 59(8): 5635-5640. doi: 10.7498/aps.59.5635
    [9] 邓艳平, 吕彬彬, 田强. 非对称方势阱中的激子及其与声子的相互作用.  , 2010, 59(7): 4961-4966. doi: 10.7498/aps.59.4961
    [10] 吴延昭, 谢宁, 刘建静, 焦永芳. 单壁碳纳米管声子谱及比热计算.  , 2009, 58(11): 7787-7791. doi: 10.7498/aps.58.7787
    [11] 高当丽, 张翔宇, 张正龙, 徐良敏, 雷瑜, 郑海荣. 调控声子提高Tm3+掺杂体系的频率上转换荧光.  , 2009, 58(9): 6108-6112. doi: 10.7498/aps.58.6108
    [12] 丁凌云, 龚中良, 黄平. 声子摩擦能量耗散机理研究.  , 2009, 58(12): 8522-8528. doi: 10.7498/aps.58.8522
    [13] 丁凌云, 龚中良, 黄 平. 基于耦合振子模型的摩擦力计算研究.  , 2008, 57(10): 6500-6506. doi: 10.7498/aps.57.6500
    [14] 贺梦冬, 龚志强. 多层异质结构中的声学声子输运.  , 2007, 56(3): 1415-1421. doi: 10.7498/aps.56.1415
    [15] 姚 鸣, 朱卡的, 袁晓忠, 蒋逸文, 吴卓杰. 声子辅助的电磁感应透明和超慢光效应的研究.  , 2006, 55(4): 1769-1773. doi: 10.7498/aps.55.1769
    [16] 夏志林, 范正修, 邵建达. 激光作用下薄膜中的电子-声子散射速率.  , 2006, 55(6): 3007-3012. doi: 10.7498/aps.55.3007
    [17] 徐 权, 田 强. 一维分子链中激子与声子的相互作用和呼吸子解 .  , 2004, 53(9): 2811-2815. doi: 10.7498/aps.53.2811
    [18] 崔玉亭, 朱亚波, 廖克俊, 王万录. Ni2MnGa单晶马氏体相变过程摩擦耗能的热动力学计算.  , 2004, 53(3): 861-866. doi: 10.7498/aps.53.861
    [19] 梁麦林, 袁 兵. 分回路中有电阻时电容耦合电路的量子涨落.  , 2003, 52(4): 978-983. doi: 10.7498/aps.52.978
    [20] 吕少哲, 陈宝玖, 黄世华, 王笑军, 陆丽珠, 严懋勋. SrAl12O19∶Pr3+中的热激发.  , 2003, 52(4): 1009-1012. doi: 10.7498/aps.52.1009
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出版历程
  • 收稿日期:  2011-06-02
  • 修回日期:  2011-07-26
  • 刊出日期:  2012-03-05

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