萨尔州大学研究颠覆百年冰面滑行理论

编辑者: Vera Mo

萨尔州大学的一项最新研究对解释冰面为何如此光滑的百年理论提出了挑战。传统观点认为,压力和摩擦导致冰融化,形成一层薄薄的液态膜,从而产生滑腻感。然而,这项新研究表明,冰面的光滑度主要源于冰的分子偶极子与接触材料(如鞋底)的分子偶极子之间的相互作用。

该研究由穆瑟教授(Professor Martin Müser)及其同事阿什拉夫·阿蒂拉(Achraf Atila)和谢尔盖·苏霍姆利诺夫(Sergey Sukhomlinov)领导,利用先进的计算机模拟深入探究了冰在分子层面的行为。他们的研究结果发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)上,指出当物体接触冰面时,接触材料中的分子偶极子会扰乱冰的有序晶体结构,导致界面处形成无序的液态薄膜。

这一发现颠覆了近两百年前由詹姆斯·汤姆森(James Thomson)提出的长期存在的理论。汤姆森认为,压力和摩擦与温度共同作用,导致冰融化并产生光滑感。新研究表明,压力和摩擦在形成冰面液态薄膜方面所起的作用远不如人们之前认为的那么重要。这一新视角尤其值得关注,因为它能够解释旧理论难以解释的现象,例如在极低温度下冰面仍然保持光滑,而此时摩擦产生的融化作用本应非常有限。

这项研究的意义远不止于理解日常的冰面互动。它为理解材料在分子层面的变形以及摩擦力的运作机制提供了更深入的见解。这些知识有助于设计出不易结冰的材料和表面,从而提高安全性并改善各种应用中的性能,从冬季运动到交通运输领域。例如,对冰面滑行机制的深入了解可以促进耐用的冰面防护涂层的开发。研究表明,具有低交联密度和界面滑移特性的涂层可以显著降低冰的附着力,即使在重复的结冰和除冰循环后也能保持效果。这种对分子层面的理解为开发更有效、更持久的防冰解决方案奠定了基础。新研究还指出,材料的表面特性至关重要,疏水性表面比亲水性表面更能有效减少摩擦,这表明鞋子、滑雪板或冰鞋的材质在冰面滑腻感方面起着重要作用。

来源

  • Earth.com

  • Saarland University News

  • Physical Review Letters

  • EurekAlert!

  • Science Advances

  • The Journal of Physical Chemistry Letters

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