2005年8月29日
列奥纳多·达·芬奇是一个远远领先于他所处时代的天才，即使在他非凡的一生结束500年后，他仍然继续给人们带来灵感。他的作品是畅销悬疑小说《达芬奇密码》及其即将上映的电影改编的核心，他关于摩擦的理论也帮助了美国能源部的一组科学家艾姆斯实验室和劳伦斯伯克利国家实验室在分子水平上解开摩擦之谜。
简而言之，达芬奇提出，如果两个接触面在几何上是相似的，可通约的，那么它们的摩擦系数会比两个几何上不相似的面高得多，因为相似的面有相互锁住的倾向。为了在分子水平上测试这一理论，研究小组观察了一种准晶体材料，这种材料的晶体结构既有周期性的，也有非周期性的。他们的研究结果将发表在8月26日的《科学》(Science)杂志上。他们发现，沿周期性表面的摩擦大约是沿非周期性轴的摩擦的8倍。亚博老虎机网登录
到目前为止，探索这一理论的主要问题之一是找到一种晶体结构既具有周期性又具有非周期性的材料。在周期性结构中，原子以一种规则的、重复的三维模式排列。非周期结构中的原子是有序的，但它们形成的模式是不规则的。为同一材料制备两个不同的样品——一个是周期性的，一个是非周期性的——是行不通的，因为样品表面的化学组成的差异会影响表面摩擦性能。解决方法是使用一种准晶体材料，它同时表现出周期性和非周期性结构。
艾姆斯实验室的材料化学家帕特·泰亚博网站下载尔和辛西娅·詹克斯研究准晶体的表面结构已经很多年了，他们是第一批证明准晶体“干净”——未氧化的表面显示出与整体材料结构一致的不同层的科学家之一。他们想知道准晶体的低摩擦系数是否与它的高硬度或其独特的结构有关。
为了找到答案，泰尔的团队与物理学家Miquel Salmeron和他的伯克利实验室研究小组合作，该研究小组在晶体材料的摩擦方面闻名世界。亚博网站下载在这项研究中，Ames Lab提供了准晶专业知识，制备了一个典型的十边(十边)对称的铝镍钴单晶准晶样品。
Thiel说:“通过平行于其10倍旋转轴切割它，它产生了一个表面，有一个周期和一个非周期轴，由90º分开。”“为了保持表面无氧化，并消除氧化层产生的影响，研究是在超高真空条件下进行的。”
为了证实蒂尔和詹克斯的猜测是否正确，萨默隆和朴郑永使用原子力扫描隧道显微镜进行了摩擦研究。这两种显微镜都使用一个探针，探针的尖端逐渐变细，只有一个原子，但它们执行的任务不同。
STM的探针悬浮在样品表面，距离样品原子足够近，以至于样品原子中的电子开始“隧穿”，或者在探针和样品之间的间隙产生电流。使用STM, Salmeron的团队能够生成表面的“地形图”，允许他们确定周期轴和非周期轴的方向。
在AFM模式下，探针的尖端直接位于样品上，当它移动到样品表面的原子上时，可以测量摩擦力。为了减少对样品的损伤，在氮化钛针尖上涂上一层十六烷硫醇。经过一系列的扫描，结果清楚地显示沿周期轴的摩擦比沿非周期轴的摩擦大8倍。
“我们认为这种摩擦的来源有电子和声子的贡献(声子是晶格中的振动，就像原子的声波)，”Park说，并补充说，需要新的理论模型来确定是电子还是声子是摩擦各向异性的主要贡献者。
艾姆斯实验室是为能源部通过爱荷华州立大学．实验室的研究领域涉及国家关注的各个领域，包括能源、高速计算机设计、环境清理与修复、新材料的合成与研究。亚博网站下载
http://www.ameslab.gov