納米技術和摩擦的概念
（Nanowerk底漆）摩擦是指在兩個表麵之間阻止滑動運動的起始力;它就在我們身邊，在所有長度的尺度上都有發生。簡單來說:摩擦力是一種使物體減速的力。這就是為什麼你不能有永動機的原因之一，也就是說，隻要有摩擦力，在沒有任何外部能量來源的情況下，運動可以無限持續。
內容:納米技術和摩擦的概念
為什麼摩擦是一個問題?
1．1摩擦是什麼?
1．2摩擦在自然界中
1.3現代世界的機械摩擦
1．4潤滑劑的作用
科學研究指出:摩擦基礎知識(關鍵要點和詞彙)
2.1分子間作用力
2．2機械微納米係統中的摩擦
2.2.1微機電係統(MEMS)
2．3向自然學習
2.5納米工程摩擦
科學研究指出:納米級的摩擦(關鍵要點和詞彙)
3.2納米纖維表麵可以調節光
3．5可逆調節摩擦與聚合物刷子
3.6與電場的開關摩擦
3．7材料等級結構的影響
科學研究指出:可以動態調優的智能材料(關鍵要點和詞彙)
1.1什麼是摩擦?
舉一個日常的例子:當一個咖啡杯放在一個平坦的桌子上時，動摩擦力為零。沒有任何力量試圖將杯子移過桌子，所以不需要摩擦力，因為沒有任何東西可以讓摩擦力對抗。然而，如果你試圖在桌子上滑動杯子，那麼摩擦力就會起作用，並開始抵抗你的推力，直到你的推力超過摩擦力。
換句話說，要使靜止的物體運動，首先必須克服它的靜摩擦。
如果你的咖啡杯放在一個傾斜的表麵上，就像一個傾斜的斜坡，那麼反重力的摩擦力會阻止杯子滑下來。如果斜麵傾斜得足夠大，摩擦力就會增長到無法阻止杯子滑動的地步。
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。靜摩擦通常比滑動摩擦大，是接觸麵原子結構鎖定到位的結果。隻有當施加的力達到適當的水平時，這些表麵才能釋放自己並相互移動。
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。在吸引力或附著力的存在下，原子之間是密切接觸的，在迫使原子相互滑動的過程中損失了大量能量。
摩擦有四種:靜力摩擦、滑動摩擦、滾動摩擦和流體摩擦。後三個也歸在這個術語下動摩擦．前三種發生在固體表麵之間;流體摩擦發生在液體和氣體中。
靜態摩擦當物體靜止在一個表麵上時，例如當你站在地板上時，對物體起作用。
滑動摩擦摩擦力小於靜摩擦，當物體在表麵滑動時，例如音樂家的琴弓在小提琴的琴弦上劃過時，它就會對物體產生作用。
滾動摩擦這種摩擦比滑動摩擦或靜摩擦弱得多，當物體在一個表麵上滾動時(例如輪胎或滾珠軸承)，它會作用於物體。
流體摩擦作用於在流體中移動的物體，如水中的船。
摩擦本身沒有好壞之分，但它可能太多也可能太少;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產生大量的靜摩擦。在許多其他情況下，這是必不可少的——如果根本沒有摩擦，你就不能加速你的汽車或自行車，因為車輪會在沒有抓地力的情況下簡單地旋轉。靜摩擦也使我們能夠安全地抓住物體。你不能寫字，因為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，它會從你的手中滑落。
我們不隻是試圖減少摩擦，我們還利用摩擦為我們的優勢:在結冰的道路上，沙子增加了摩擦，使我們走得更安全。在汽車工業中，刹車片被設計成提供高程度的摩擦。
1.2自然界中的摩擦
在自然界中，沒有完全無摩擦的環境:即使在深空，微小的粒子也可能相互作用並引起摩擦。摩擦過程可以在所有尺度和維度上觀察到。
科學家和工程師經常受到自然係統的效率和持久性的啟發，並試圖在人造係統中複製它們(這一領域稱為仿生學)．
數百萬年的進化讓大自然根據所需的功能，想出了一些非常令人印象深刻的策略來最小化或最大化摩擦。許多生物體已經開發出解決方案，以在潤滑係統的情況下提供超低摩擦;超高摩擦情況下的膠粘劑;在某些情況下，甚至可以控製可適應的摩擦性能(參見:國際設計工程雜誌，“自然摩擦”)．
我們談論附著力當兩個表麵之間的摩擦力大到可以產生結合力時。附著力是作用於固體表麵之間的幾種相對短距離、有吸引力的力的總稱，包括範德華力、靜電力、化學鍵和由於表麵水凝結而產生的毛細力。
在自然係統中，粘連是通過不同的方式實現的，這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是非常可靠的，因為接觸被分裂成許多非常微小的纖維特征，創造了一個納米圖案的表麵。壁虎的腳墊是由末端數百萬細小的分支毛組成的，叫做剛毛(3-130微米長)，分裂成更小的小鏟(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使壁虎與表麵產生高黏附力和摩擦力。這就是壁虎如何爬上垂直的牆壁或在天花板上倒立行走的原因。
撒哈拉沙漠的沙魚(Scincus Scincus)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的進化是為了減少皮膚摩擦(見:“沙魚激發工程”)．這使得它可以毫不費力地在沙丘鬆散的沙子下“遊泳”。
其他例子說明了大自然的摩擦設計:
•的Notonecta glauca蟲子的表麵被高密度的毛發覆蓋，這使它在水下保持一層空氣層。這使得這種昆蟲通過減少其表麵的阻力在水中靈活而迅速地移動。
•雨後，杯狀的豬籠草葉子表麵幾乎沒有摩擦。這種食肉動物氣味甜美，舉止優雅，吸引了螞蟻、蜘蛛，甚至小青蛙。他們一個接一個地走向滅亡。
•所有魚類都覆蓋著粘液以減少阻力。研究人員發現粘液的分泌可以減少50%到60%的阻力。
•蝸牛已經進化出了一種巧妙的使用粘液的方式:作為粘合劑(粘在牆上)和潤滑劑(移動)。
•鯊魚皮上覆蓋著細小的鱗片(0.2-0.5 mm)，具有非常細的縱向脊，也可以減少流體動力阻力(阻力是液體界麵摩擦的一種特殊情況)。
有趣的摩擦特性也在非生物世界中形成。在這裏，控製摩擦不是進化的一部分，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的摩擦力，眾所周知，如果你滑倒在結冰的表麵上，你就會知道冰的摩擦力很低。冰摩擦的基礎研究對與冰接觸的材料有實際應用，如天空、溜冰鞋或輪胎。
冰為什麼滑這個問題已經困擾了科學家一個多世紀，直到研究人員證明，冰的滑是最上層的水分子在冰表麵滾動的容易造成的結果(見:物理化學通訊雜誌，“從分子角度洞察冰的滑溜”)．
科學家們認為，盡管冰表麵的液態水確實減少了冰上的滑動摩擦，但這些液態水不是由壓力融化的，而是由滑動過程中產生的摩擦熱融化的。有趣的是，隨著溫度的下降，冰麵會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。