納米技術與摩擦的概念
(納米沃克底漆)摩擦是指抵抗兩個表麵之間滑動運動的力的名稱；它就在我們周圍，在所有的尺度上都會發生。簡單來說：摩擦力是一種減慢速度的力。這就是為什麼你不能擁有永久移動設備的一個原因，也就是說，隻要有摩擦，在沒有任何外部能源的情況下，運動就可以無限期地持續下去。
內容：納米技術和摩擦的概念
1.為什麼摩擦會成為這樣一個問題？
1.1什麼是摩擦？
1.2自然界的摩擦
1.3現代世界的機械摩擦
1.4潤滑劑的作用
科學筆記：摩擦基礎知識（要點和詞彙）
2.納米級摩擦
2.1分子間作用力
2.2機械微納係統中的摩擦
2.2.1微機電係統（MEMS）
2.2.2納米機電係統（NEMS）
2.3向大自然學習
2.4超潤滑性
2.5納米工程摩擦
科學筆記：納米級的摩擦（要點和詞彙）
3.4刺激響應性水凝膠
3.5用聚合物刷可逆調節摩擦
3.6電場作用下的開關摩擦
3.7材料層次結構的影響
科學筆記：可動態調整的智能材料（關鍵外賣和詞彙）
1.1什麼是摩擦？
舉一個日常例子：當一個咖啡杯放在一張平桌上時，動摩擦力為零。沒有力量試圖在桌子上移動杯子，所以不需要摩擦力，因為摩擦力沒有什麼可以對抗的。然而，如果你試圖將杯子滑過桌子，摩擦力就會發揮作用，並開始抵抗你的推力，直到你的推力超過摩擦力。
換句話說，為了使靜止物體運動，必須首先克服它的靜摩擦力。
如果你的咖啡杯放在一個傾斜的表麵上，比如一個傾斜的斜坡，那麼一個與重力相反的摩擦力最初會阻止咖啡杯下滑。如果斜麵傾斜得足夠遠，摩擦力將增大，直到無法防止杯子滑動為止。
換句話說：一旦克服了靜摩擦，滑動摩擦就會產生並消耗額外的能量。
首先，要產生運動，必須克服的不是滑動摩擦，而是靜摩擦。靜摩擦力通常大於滑動摩擦力，這是接觸麵原子結構鎖定到位的結果。隻有當施加的力達到足夠的水平時，表麵才能自由移動。
用科學術語來說：兩個表麵之間的摩擦是由來自相反表麵的原子相互碰撞時的能量損失引起的。在存在吸引力或粘附力的情況下，原子緊密接觸，迫使原子彼此滑動會損失大量能量。
摩擦有四種類型：靜態摩擦、滑動摩擦、滾動摩擦和流體摩擦。最後三個也被歸為術語動摩擦.前三個發生在固體表麵之間；流體摩擦發生在液體和氣體中。
靜摩擦當物體停在表麵上時，例如當你站在地板上時，作用於物體。
滑動摩擦它比靜摩擦力弱，當物體在表麵上滑動時作用於物體，例如當音樂家的弓被拉過小提琴的弦時。
滾動摩擦，它比滑動摩擦或靜摩擦弱得多，在物體在表麵滾動時作用於物體（例如輪胎或滾珠軸承）。
流體摩擦作用於在流體中移動的物體，如水中的船隻。
摩擦本身並不好也不壞，但它可能太多或太少；這取決於它發生的環境。與滑動摩擦相比，靜摩擦通常是一種理想的現象。
你肯定希望汽車的刹車或離合器有足夠的靜摩擦。在許多其他情況下，這是至關重要的——如果根本沒有摩擦，你就無法加速你的汽車或自行車，因為車輪隻會簡單地旋轉，而不會抓住路麵。靜摩擦力還使我們能夠安全地抓取物體。你不會寫字，因為鋼筆會毫無阻力地從紙上滑落。你甚至拿不住那支筆，因為當你試圖抓住它時，它會從你手中滑落。
我們不僅試圖減少摩擦，還利用摩擦發揮優勢：在結冰的道路上，沙子增加摩擦，使我們能夠更安全地行走。在汽車工業中，刹車片的設計是為了提供高度的摩擦。
1.2自然摩擦
在自然界中，沒有完全沒有摩擦的環境：即使在深空中，微小的粒子也可能相互作用並產生摩擦。摩擦過程可以在所有尺度和尺寸下觀察到。
科學家和工程師經常受到自然係統的效率和耐久性的啟發，並試圖將其複製到人造係統（一個叫做仿生學).
數百萬年的進化讓大自然想出了一些令人印象深刻的策略，根據所需的功能來最小化或最大化摩擦。許多生物已經開發出解決方案，在潤滑係統的情況下提供超低摩擦；對於粘合劑，超高摩擦；或者在某些情況下，甚至可以控製適應性摩擦性能（參見：國際設計工程雜誌,“自然摩擦”).
我們談論粘附當兩個表麵之間的摩擦力非常大，從而產生粘合力時。粘附力是作用於固體表麵之間的幾種相對短程吸引力的總稱，包括範德華力、靜電力、化學鍵合力，以及由於表麵水凝結而產生的毛細力。
自然係統中的粘附以不同的方式實現，主要取決於創造它們的進化過程。
一個著名的例子是壁虎粘附效應。即使沒有分泌物或膠水，大自然的幹膠係統也非常可靠，因為觸點被分割成許多非常微小的纖維特征，形成了一個納米圖案的表麵。壁虎有腳墊，腳墊末端有數百萬根細小的分支毛，稱為剛毛（3-130微米長），分裂成更小的匙突（寬度和長度約為200納米）。這種結構設計通過分子相互作用力在壁虎和表麵之間產生高粘附力和摩擦力。壁虎就是這樣爬上垂直的牆壁或在天花板上倒立行走的。
撒哈拉沙漠的沙魚(鬆鼠鬆鼠)為相反的效果提供了一個很好的例子：這種爬行動物鱗片上的納米脊和納米尖刺已經進化出來以減少皮膚摩擦（參見：“沙魚啟發工程”)。這樣它就可以在沙丘的鬆軟沙子下輕鬆地“遊泳”。
其他說明自然界摩擦設計的例子：
•這個綠葉野鴨臭蟲的表麵覆蓋著高密度的毛發，這使它能夠在水下保持空氣層。這使得這種昆蟲能夠通過減少其表麵的阻力，在水中靈活而迅速地移動。
•雨後，豬籠草的杯狀葉子變成幾乎沒有摩擦的表麵。這種食肉動物氣味芳香、優雅，吸引著螞蟻、蜘蛛，甚至小青蛙。他們一個接一個地滑向末日。
•所有魚類都覆蓋有粘液，以減少阻力。研究人員發現，粘液分泌可以減少50%到60%的阻力。
•蝸牛已經進化出一種巧妙的使用粘液的方法：作為粘合劑（粘在牆上）和潤滑劑（移動）。
•鯊魚皮覆蓋在小尺度（0.2-0.5 mm）上，具有非常細的縱向脊，也可以減少水動力阻力（阻力是液體界麵摩擦的一種特殊情況）。
在非生物世界中也形成了有趣的摩擦特性。在這裏，摩擦的控製不是進化的一部分，但從技術角度來看，這些係統仍然具有潛在的有趣特性。
一個突出的例子是冰摩擦，這是出了名的低，你很清楚，如果你滑倒在結冰的表麵上。冰摩擦的基礎研究對於與冰接觸的材料，如天空、溜冰鞋或輪胎，有實際應用。
一個多世紀以來，科學家們一直在思考冰為什麼會滑的問題，直到研究人員證明，冰之所以滑，是因為最上麵的水分子很容易在冰麵上滾動（見：物理化學通訊雜誌,“冰層滑動的分子透視”).
科學家們認為，盡管冰麵上的液態水確實減少了冰上的滑動摩擦，但這種液態水並不是因為壓力而融化的，而是因為滑動過程中產生的摩擦熱。有趣的是，隨著溫度的下降，冰麵從典型冬季運動溫度下的極滑表麵（零下7°C時最滑）轉變為零下100°C時的高摩擦表麵。