2.納米尺度的摩擦
一般來說，兩個宏觀表麵之間的摩擦力與法向力成正比。然而，納米尺度表麵的摩擦特性不能用阿蒙頓摩擦定律的框架來完全描述:在納米尺度上，摩擦變得更加複雜，因為不同的過程會在滑動過程中造成能量損失，從而導致摩擦。
首先，概念表麵粗糙度起著關鍵作用。在分子尺度上，幾乎所有的表麵都是粗糙的:在顯微鏡下，即使是肉眼看起來非常光滑的表麵也會看起來像山脈景觀。摩擦隻發生在兩個滑動麵上的最高山頂相互接觸的地方。
納米級摩擦能量耗散的其他可能機製是磨損相關的，分子變形，熱效應，電子效應，化學鍵合，聲子效應，環境化學效應(你可以在中找到這些機製的詳細討論ACS Nano，實現二維材料超潤滑性的方法)．
2.1分子間作力
兩個表麵之間產生的摩擦量取決於上麵列出的因素，包括作用在它們之間的微小分子間作用力。
荷蘭物理學家約翰內斯·狄德裏克·範德華斯(Johannes Diderik van der Waals)在19世紀70年代發現的原子或分子之間的引力，是在納米尺度上產生重大影響並影響分子相互作用的靜電力。它們是不帶電納米結構之間的主導力量，最終決定了納米結構可以提供什麼功能。
如果沒有這些非常非常微弱的分子間作用力，我們所知道的生命就不可能存在。它們負責分子化合物的許多性質，包括晶體結構，冷凝，熔點和沸點，表麵張力和密度。分子間作用力將酶、蛋白質和DNA等分子形成生物活性所需的形狀。
物體越小，這些力就越重要。亨利在早上磨咖啡豆做濃縮咖啡時，馬上就能想到一個很好的例子:整顆豆子不會粘在磨豆機的一側，但細磨的豆子會粘在所有東西上(這要感謝靜電電荷的積累)。
其中一個原因是表麵體積比。隨著物體變得越來越小，表麵力(由於物體之間的接觸而起作用)相對於物體的力(如重力或電磁力)會越來越大，並越來越多地決定物體的行為。
範德華力也可以是排斥力——盡管可以產生排斥性範德華力的係統數量是有限的——例如，當兩個表麵在液體中相互靠近時:通過選擇正確的表麵材料和中間液體的組合，可以使在空氣中引起吸引力的相同的力(以及引起粘性，即靜摩擦和粘附)成為排斥力。這種力的特點是，當表麵彼此靠近時，分離的變化非常小，力的增加非常迅速。
研究顯示(朗繆爾，使用排斥範德華力的超潤滑)，如果兩個表麵在接觸之前存在排斥的範德華力，則基本上消除了摩擦，實現了超滑動。強烈的排斥性範德華力阻止了表麵的接觸，它們往往會滑過對方，就像你試圖把兩塊磁鐵推到一起時一樣。
這開啟了一種可能性，即在某些材料係統中，可控地使用排斥範德華力可能是減少(如果不能消除)摩擦的一種方法(見:在納米世界中溜走)．
2.2機械微納米係統中的摩擦
隻要兩個表麵接觸，就會產生摩擦。在更大的(宏觀)尺度上——與機器相關——工程師使用齒輪、軸承和各種潤滑劑來減少摩擦。
雖然這些方法可以減少宏觀世界中的摩擦，但在極小的設備中，如微機電係統(MEMS)或納米機電係統(NEMS)，摩擦的起源需要其他解決方案，因為在這種規模下，普通潤滑劑不起作用。
盡管如今納米器件的製造精度前所未有，但其巨大的表麵體積比導致了嚴重的摩擦和磨損問題，這大大降低了它們的實際效益和壽命。
除了MEMS和NEMS，摩擦是限製納米流體器件效率的主要因素(其中流體被限製在納米尺度)。對於大多數液體，周圍通道壁的固體表麵對流動的液體產生摩擦阻力，在液/固界麵處造成(有時是完全)速度損失。
雖然這種影響對於宏觀尺度的流體輸送並不特別令人擔憂，但它卻成為納米流體的主要問題。對於規則表麵，納米流體應用所需的能量是巨大的，因為納米級管道內部存在巨大的水力阻力。
簡單地說，通道越小，驅動液體所需的壓力就越大。想象一下用吸管喝飲料:吸管越細，就越困難。
例如石墨納米導管碳納米管(碳納米管),石墨烯納米通道及其膜形式可能提供解決方案。已經發現在這些結構中發生了超高速的水傳輸(自然，納米尺度流體動力學:碳納米管的增強流動而且自然材料，納米水滴在石墨烯上的快速擴散)，這激發了人們對大量納米流體應用的極大興趣。
了解液體和固體界麵上的納米級摩擦對所謂的發展至關重要實驗室芯片通過微小通道輸送微量液體的設備，以及用於海水淡化和電力收集的高效膜。
所以，對於這些微小的機械設備來說，最重要的是什麼能粘在什麼上。如果你有太多的摩擦，那麼你就會讓設備的一些部分粘在一起，而這些部分本不應該粘在一起，整個設備顯然就無法工作了。
理解由摩擦(即所謂的摩擦)造成的能量損失耗散)在滑動的納米表麵的界麵上是納米功能器件發展的主要挑戰。減少NEMS或MEMS係統中的納米摩擦對控製這些設備的機械能損失和磨損具有巨大的意義。
在20世紀80年代，物理學家Serge Aubry假設，如果一個表麵上粒子之間的晶格間距與另一個表麵上粒子之間的晶格間距略有不同，那麼兩個表麵之間的摩擦應該完全消失。
2018年，研究人員通過數值模擬和實驗證實了這些預測(見:物理評論X，二維膠體單層中Aubry躍遷的實驗觀察)．他們證明了完全抑製兩個表麵之間的靜摩擦是可能的。這意味著即使是一個極小的力也足以使物體運動起來。
他們還表明，如果增加兩個表麵之間的接觸壓力，就有可能產生所需的靜摩擦。
這種改變靜摩擦的方式創造了新的機會，可以輕鬆地在表麵上移動物體，並安全地將它們鎖定在適當的位置。特別是在微機械部件中，隻有很小的力起作用，靜摩擦的消失可以極大地提高效率水平。