分享
《矛与盾——摩擦与润滑之战!》
现代科学的润滑机理
鲁超    来源社团:理性边界
得票 451 阅读 2446 评论 0
先看评语
· 文章篇幅不长,但内容很丰富。从一个小范围入手,对摩擦与润滑这一对立统一过程的现象描述清楚,机理阐释深入,是一篇短小精悍的科普佳作。但是要注意图片版权,适当锤炼文字。 · 正如另一位评委所言,本文很适合作为学校的补充性阅读,且在这一方面我认为本文有着非常出色的一点:摩擦与润滑是物理学最基本的概念之一,但又可以在知识深度上不断深挖,这使得各个年龄段各个知识水平的读者都可以在本文中汲取到新知——这一点是非常难能可贵的,也希望作者能在第二轮的扩写中将这一优势更大地发挥出来。 但每一枚硬币都有两面,与朋友圈疯狂转发的一类趣味科普博文不同,这样的基础物理类选题多半意味着较低的传播性——所幸作者的行文非常流畅易懂,图文并茂,读来非常抓人。 这是一篇非常优秀的科普类作品,希望作者可以对文章的文学性稍加润色,十分期待本文在第二轮中的表现! · 文章行文流畅,用不长的篇幅为读者深入浅出的介绍了摩擦的相关知识。文中还穿插了较多的配图,方便读者理解。 · 选题不错,科学原理解释得明白晓畅。文字可以进一步美化。文中不宜出现第一人称的“我”。另外,科普作品中出现品牌名也不合适。 · 科学性和严谨性还是比较符合科普作品特征,但作为文学作品是否还是欠缺了一些我文学性,对于完全外行的读者,本文是否能够吸引他们去阅读呢?

这是开玩笑,但是两个物体的接触的物理图像我们已经说清楚了:一方面是两个物体表面的凹凸,我们把它叫粗糙度,这个也可以测量的;另一方面则是两侧多层结构的互相作用。那我们知道了物体表面的物理图像,那么就可以知道两个物体接触以后发生滑动,一方面是表面的凹凸,也就是粗糙度在作祟,另一方面这是两个多层汉堡在互相打架。如果我们能在这两方面做工作,就能够做到减少摩擦力,做到润滑。

现在主要的润滑剂有四种:固体润滑、流体润滑、边界润滑、极压润滑,我们一种一种说。固体润滑:比如石墨、滑石粉等等,帮助修饰物质表面的粗糙度,比如我们婴儿用的爽身粉。

Image title

强生婴儿爽身粉去年的新闻报道,期待后续。

流体润滑:和古埃及人一样,用一些流体注入两个物体之间,一方面填充粗糙度,另一方面形成一个物理吸附层,如果这个物理吸附层的摩擦力更低,从宏观上就显得更加润滑了。这是我们最常见的润滑方式,比如我们手上出汗,就感觉手滑,因为水也可以起到润滑作用。还有机械、汽车里面用的机油,用的就是很多类型的矿物油,煤油等等。需要注意的是,流体润滑只是物理吸附,不能填充所有的接触面,所以如果使用一些铺展性好的流体,效果更好。在表面化学里,表面张力越低,铺展性越好,这就是为什么矿物油的效果比水要好的原因。

水的表面张力70,矿物油、植物油的表面张力30-40,而硅油的表面张力可以到30以下,所以硅油更加润滑。在我们身边也能看到硅油的影子,比如护手霜、洗发水、护发素里。大家千万不要被无硅洗发水的噱头骗了,我以一个有机硅多年从业者的人格向大家担保:有机硅跟人体没有任何反应性,留在头发里一万年也没有任何问题。

Image title

秀发如此顺滑,硅油功不可没!

那么大家会想到了,再接下来,是不是要更深入一点,形成一个化学吸附膜了?恭喜你答对了!这就是边界润滑。边界润滑剂不仅有物理吸附,还有一些反应基团,比如羟基、羧基等极性基团,这些基团可以通过氢键吸附到物体表面,形成一种更加紧密的吸附膜。这个吸附膜不像流体润滑,由于是化学吸附,它可以分布到物体的几乎所有表面,因此润滑性更好。这种润滑,我举个例子:比如肥皂,大家都知道它很滑,因为它就是硬脂酸盐,硬脂酸的羧基可以和物体表面吸附成膜。工业上很多地方也用到皂类物质来润滑,比如硬脂酸钙乳液,油酸三乙醇胺,就是这个原理。

Image title

肥皂的滑腻来自硬脂酸盐和身体表面形成的化学吸附膜。

再往深了说就是形成化学反应层了,这就是极压润滑,现在所知的最牛逼的润滑方式。也就是通过一些化学物质与基材表面反应,生成一张很滑的化学反应层!这类化学物质我们把叫做极压剂,最常用的极压剂是氯、硫、磷的化合物。钢铁加工中都要用磷处理一下,既可以保护不腐蚀,也可以做到润滑表面,所谓的“磷化”一方面是防腐,另一方面也可以起到润滑作用。还比如硫可以跟铁表面形成一层光滑的硫化亚铁无机膜。

Image title

磷化处理前后的铁制件。

 一般来说,液体润滑剂用的比较多,流体润滑、边界润滑甚至极压润滑是同时进行的。大家明白其中的道理就好,这个道理的基础就是物质表面的层级。现在摩擦学已经成为了一门学问,是一门跨界学科,牵涉到流体力学、化学、材料学、机械、热力学、固体物理等等。因为摩擦学跟很多行业的生产都很相关,所以也需要基础理论的跟进,我国清华大学有一个摩擦学重点实验室,其中的雒建斌院士就是这方面的专家。
现在业内的眼光更已经深入到微纳米摩擦学,之所以要深入到微纳米级别,是因为我们要更深层次的去认识物质表面的结构,才能更清晰的了解摩擦的实际机理。
我说了这么多,总结一下,摩擦力的各个层面都摆脱不了化学键的电子相互作用,实际上是多种很复杂的电磁力的结合。

Image title

摩擦力归根到底是电磁力在物质表面各个层级发挥作用。

-完-
科普作品
矛与盾——摩擦与润滑之战!
| 目录  (共4章)
评委点评 评语汇总

文章篇幅不长,但内容很丰富。从一个小范围入手,对摩擦与润滑这一对立统一过程的现象描述清楚,机理阐释深入,是一篇短小精悍的科普佳作。但是要注意图片版权,适当锤炼文字。

2017-11-08 22:05 匿名 ——

正如另一位评委所言,本文很适合作为学校的补充性阅读,且在这一方面我认为本文有着非常出色的一点:摩擦与润滑是物理学最基本的概念之一,但又可以在知识深度上不断深挖,这使得各个年龄段各个知识水平的读者都可以在本文中汲取到新知——这一点是非常难能可贵的,也希望作者能在第二轮的扩写中将这一优势更大地发挥出来。 但每一枚硬币都有两面,与朋友圈疯狂转发的一类趣味科普博文不同,这样的基础物理类选题多半意味着较低的传播性——所幸作者的行文非常流畅易懂,图文并茂,读来非常抓人。 这是一篇非常优秀的科普类作品,希望作者可以对文章的文学性稍加润色,十分期待本文在第二轮中的表现!

2017-11-08 21:57 石冀青 ——

文章行文流畅,用不长的篇幅为读者深入浅出的介绍了摩擦的相关知识。文中还穿插了较多的配图,方便读者理解。

2017-11-07 21:17 匿名 ——

选题不错,科学原理解释得明白晓畅。文字可以进一步美化。文中不宜出现第一人称的“我”。另外,科普作品中出现品牌名也不合适。

2017-11-04 15:57 匿名 ——

科学性和严谨性还是比较符合科普作品特征,但作为文学作品是否还是欠缺了一些我文学性,对于完全外行的读者,本文是否能够吸引他们去阅读呢?

2017-10-24 17:27 匿名 ——

文章语言通俗易懂而又引人入胜,先从我们身边的摩擦与润滑讲起,吸引读者,进而回顾摩擦与润滑的历史,再进而阐述现代科学的摩擦与润滑机理,层层深入。另一方面,作者在题目中巧用比喻,把摩擦与润滑比作矛与盾,生动形象又点名了本文的主要讲述对象。本文是一篇优秀的科普文章

2017-10-03 15:47 匿名 ——

本文选材新颖,从摩擦与润滑的矛盾和统一着眼,贯穿基础物理学的概念,实现了科学传播的目的。思想、实用、新颖、科学性都没有任何问题。中小学生读者群可以有很好的阅读收获。所以本文特别适合作为学校教育的有意补充,开阔学生眼界,用生活实际联系书本所学,起到了广义的教育的目的。美中不足的是,作者的语言文字可以进一步修饰完善,艺术性需要进一步训练。

2017-09-26 16:44 匿名 ——

这篇意外的不错,这位作者的科普风格很好,先是从生活中引出摩擦,再从科技实践的角度把摩擦力学和材料表面力学讲得深入浅出,而且看得出来为了接下来的扩写,作者留了个话头。文章比较成熟,举例恰当,配图及时,像一篇PPT讲稿,在思想水平,科学性和能否吸引读者等方面都可以取得不低的分数,但作为比较偏向物理基础研究的科普作品,这篇的选题吃了点儿亏。

2017-09-04 12:57 高雪雨 ——

请用微信扫描下方二维码 ×
打开微信,点击底部的“发现”,
使用“扫一扫”即可将网页分享至朋友圈。

点赞拉票需在微信中进行!

请用微信扫描下方二维码

欢迎登录

记住我忘记密码戳这里

登 录

没有账号点此注册