山东大学李强amp丹麦奥胡斯大学董明
区别于传统摩擦模式，水化摩擦(hydrationfriction)为理解、控制和设计水环境下的边界润滑系统提供了一个有力框架。近年来，人们通过对水环境下的摩擦研究，发现水合层通过与其周围的电荷强烈结合，能够承受较大压力且以流体的方式为相对滑动提供剪切响应，从而呈现出很大的润滑作用。水合层的形成能够使带电表面之间实现极低的滑动摩擦。然而，由于缺乏对固-液界面上水合层纳米结构的表征，使得人们对微观层面的水化摩擦机制尚不清楚。
论文详情山东大学李强研究团队与丹麦奥胡斯大学董明东研究团队合作，利用高分辨三维原子力显微镜(3D-AFM)和摩擦力显微镜(FFM)技术，研究了云母-电解质界面离子种类和浓度对水化摩擦的影响。3D-AFM成功地实现了对电解质溶液中云母表面水合层的原子尺度成像以及水合力的提取。结合原子尺度下的FFM测试，揭示了水化摩擦与碱金属离子以及水合层结构之间的相关性。研究发现，水化摩擦不仅取决于碱金属离子的水化强度，还取决于碱金属离子在界面处的排列结构。在高浓度的电解质溶液中，水合力明显高于低浓度中的水合力；此外，水合层纳米结构中的碱金属阳离子为探针滑动提供了较大的流体响应，因此在高浓度的电解质溶液中表现出更好的润滑效果。本研究为水化润滑机理提供了新的见解，并对溶液环境下新型边界润滑系统的设计具有重要的指导意义。
该成果以“Probingthehydrationfrictionofionicinterfacesattheatomicscale”为题，发表于NanoscaleHorizons，并入选为期刊封面文章（Backcover）。论文通讯作者为李强、董明东；第一作者为李自博、刘倩。
研究亮点亮点1：利用3D-AFM实现了对云母表面纳米范围内水合层微观结构的成像和水合力的测量。亮点2：利用FFM实现了云母表面在不同电解质溶液中纳米摩擦力以及能量耗散的测量。亮点3：通过结合原子尺度下水合层纳米结构成像和离子界面摩擦行为表征，揭示了低浓度和高浓度碱金属离子溶液中水化润滑的不同机制，对溶液中新型边界润滑系统的设计具有指导意义。图文解析▲
图1.低浓度(mM)电解质溶液中水合层的XZ平面成像。图1A-D分别为LiCl溶液、NaCl溶液、KCl溶液和CsCl溶液。比例尺：水平表示0.5nm，垂直表示0.4nm。图1E-H为XZ水合层图提取的Δf曲线。图1I-L为图1E-H中Δf曲线转化的力曲线。
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图2.高浓度(4M)电解质溶液中水化层的XZ平面成像。图2A-D分别为LiCl溶液、NaCl溶液、KCl溶液和CsCl溶液。比例尺：水平表示0.5nm，垂直表示0.4nm。图2E-H为XZ水化层图提取的Δf曲线。图2I-L为图2E-H中Δf曲线转化的力曲线。
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图3.原子尺度的摩擦测量。图3A为云母界面在KCl溶液(mM)中的摩擦力图。图3B为KCl溶液(mM,4M)中的摩擦-载荷力曲线。图3C为KCl溶液（mM，4M）中，在pN载荷作用下的云母表面原子尺度黏-滑曲线。图3D是不同电解质溶液中云母表面摩擦系数图。图3E和3F分别为低浓度(mM)和高浓度(4M)电解质溶液中的水合力峰值。
论文信息ProbingthehydrationfrictionofionicinterfacesattheatomicscaleZiboLi,QianLiu,DeliangZhang,YinWang,YugeZhang,QiangLi*(李强，山东大学)andMingdongDong*(董明东，奥胡斯大学)NanoscaleHoriz.,7,-
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