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走进无处不在的摩擦世界
访摩擦学国家重点实验室

记者:唐婷  操秀英

主任:雒建斌

时间:2008年4月9日

地点:清华大学精仪系四楼

  ■编者按

  摩擦现象是自然界最普遍的现象之一,有运动的地方就有摩擦。在通常情况下,摩擦是有害的,相互摩擦的物体会产生磨损,机器会因摩擦消耗大量的功;另一方面,正是由于有了摩擦,我们才得以行走、手能拿住东西、车子可以行驶和刹车。可见摩擦是与人们的生活、生产和技术密切相关的问题。

  那么作为一门学科,摩擦学具体研究什么?我国的摩擦学研究在国际上处于什么地位?近年来,摩擦学国家重点实验室在科研上取得了哪些重大成果呢?带着一个个问题,我们的记者采访了清华大学摩擦学国家重点实验室主任雒建斌。

  “一方面要在国际前沿和国家重大战略需求方面布局,投入较大的研究力量。另外,我们应看得更远一点,选择一些具有长远前景的冷点,开展探索性研究。争取在国际上取得有重要影响的创新成果。”雒建斌如是说。

  记者:大家对摩擦现象并不陌生,可摩擦学具体是研究什么的呢,研究摩擦学有什么重要意义?

  雒建斌:简单说,摩擦学是研究相对运动的作用表面间的摩擦、润滑和磨损,以及三者间相互关系的理论与应用的一门学科。摩擦学的研究对象十分广泛,同时涉及到许多学科。可以说,摩擦学是一门十分复杂的学科,迄今发现的与摩擦有关的因素多达上百个。在一般的基础物理教材中很少谈及摩擦力的起因和本质问题,只给出一些经验规律。事实上目前也确实还没有建立起十分成熟的摩擦理论,摩擦问题一直是科学技术研究领域的一个重要课题。

  摩擦学的研究,在减少工业生产中的损耗,节约能源,提高效率和经济效益等方面发挥了重大作用。世界上一次能源大约有1/3消耗于摩擦。如果能够尽力减少无用的摩擦消耗,便可大量节省能源。另外,机械产品的易损零件大部分是由于磨损超过限度而报废和更换的,如果能控制和减少磨损,则既减少设备维修次数和费用,又能节省制造零件及其所需材料的费用。

  记者:请您简要介绍一下摩擦学国家重点实验室的成立背景和发展历程。

  雒建斌:摩擦学是和我国整个工业和科技发展同步的。20世纪80年代,我们国家的工业迅速发展,摩擦学也在这个时候起步,清华大学摩擦学研究迅速发展,特别是在润滑理论研究方面取得了显著成果。1985年,摩擦学国家重点实验室经原国家计委和原国家教委批准建设,成为清华大学获准建设的第一个国家重点实验室。实验室于1986年开始筹建,1988年11月通过验收。

  实验室在20世纪80年代吸纳了多位留学归国人员,在国内率先开始进入国际摩擦学研究十分活跃的领域———弹性流体动力润滑理论开展研究,并迅速将实验室发展成为世界上颇具影响的弹流润滑研究中心之一。

  自20世纪90年代中开始,实验室的研究重点转向新兴的纳米摩擦学和表面界面科学技术。实验室在温诗铸院士、陈大融教授等带领下,针对摩擦学跨学科、多领域的研究特点,在薄膜润滑、表面薄膜制备与应用、轴承转子系统动力学及故障诊断、微机械学等领域开展了深入系统的研究。

  进入21世纪,实验室进入了新的发展阶段,实验室规模和科研队伍都在不断壮大。我们依据摩擦学学术研究发展的趋势和我国国民经济中长期发展战略的需要,在纳米摩擦学、微纳制造、表面减阻与改性等方面开展了大量研究,并取得了国际一流成果。

  记者:摩擦学国家重点实验室的总体定位和主要研究方向是什么?

  雒建斌:实验室的总体定位是应用基础研究。即围绕国民经济建设和国家安全的重大需求,以高技术突破和摩擦学基础理论创新为主,从摩擦学和表面界面的基础科学问题出发,发现新现象、探索新机理、提出新方法,从而解决高技术领域的关键难题。

  实验室自创立以来,始终抓住学科发展的前沿和主流方向,瞄准国际一流水准开展研究工作。近5年来,实验室以摩擦学为基础,以表面与界面问题研究为主体,结合现阶段科学技术发展趋势,形成自己独特的研究方向:摩擦学理论与技术、表面科学与技术、微纳制造理论与技术、智能微系统设计与制造技术、微纳光电器件测试理论与技术。

  其中前两个方向主要以界面的行为和特性为主,探索新现象、新规律。后三个研究方向,主要是将基础研究成果与产业背景相结合,探索新的制造原理和方法,为国民经济发展提供服务。

  记者:围绕上述研究方向和目标,实验室取得了哪些重大成果?

  雒建斌:近5年来,实验室科研经费增加了6倍,国家重大科研项目数增加了5倍,影响因子大于3的SCI论文数量增加到30篇(最高影响因子为9.66),国际会议特邀报告增加了3.5倍,发明专利数增加了6倍,英文专著、国际奖励等实现了突破。另外,多个成果获得工业和国防应用,实用效益大幅度提高。

  纳米尺度下固/固接触界面的粘着、粘滑和摩擦机制是纳米摩擦学的核心问题之一,实验室在该领域的研究取得了一系列理论和实验成果。在理论研究方面,我们通过建立理论模型和分子动力学模拟,揭示了粘着和粘滑发生的动力学机制以及与摩擦能量耗散间的关系,提出了粘滑发生的判据,成功地从理论上解释了壁虎爬行中快速粘附和脱附的运动机制。在实验方面,我们首先研制出第六代纳米级润滑膜厚度测量仪,大幅度拓宽了仪器的膜厚测量范围和实验参数范围。

  在表面改性的理论和技术方面,我们开展了大量深入的研究,特别是在薄膜生长机制的探索、薄膜制备及其性能表征、新型表面制备装备的研发以及表面改性技术的应用等方面取得了一系列的成果。我们自行研制出一种基于原位化学反应的激光诱发表面改性技术和系统,为获得可控的表面材料和表面结构提供了一种有效的方法和装备。我们在表面改性和减阻方面的成果对提高核反应堆寿命和水下航行体的速度有重要作用。我们在超光滑表面加工方面取得了国际一流成果,并得到了应用。

  记者:目前实验室在国内外相同学科领域实验室中的地位和作用如何?

  雒建斌:日本摩擦学会在成立50周年之际,对摩擦学在全球的研究情况进行了介绍。其中主要介绍了5个国家。中国就是5个之一。这说明中国的摩擦学研究有举足轻重的地位,另外我国在摩擦学领域发表的论文被SCI收录的数量仅次于美、日、英3个国家。

  记者:作为实验室主任,您在管理实验室的过程中有哪些感受?

  雒建斌:总的感觉是比较艰难。虽然实验室近5年在基础理论、技术攻关、应用效果和参与国家重大研究计划等方面取得了很大进展。但是,国家重点实验室需要在同领域代表国家参与国际竞争。因此,实验室的基础设施、人才水平、学术环境必须在国际大环境下具有很强的竞争力。

  由于我们的运行经费、工资水平等与发达国家有很大差距,难以吸引国际一流人才来实验室长期工作,也难以资助一流人才到国际一流实验室作定期访问研究。因此,建立国际一流的摩擦学研究基地难度很大。另外,我们近5年得到了学校的大力支持。但是与兄弟院校相比,清华大学的国家重点实验室相对较多,因此,我们也很羡慕一些兄弟实验室独特的优厚条件。

  摩擦学是一个多学科交叉的学科,涉及机械、材料、力学、光学、化学等不同领域,需要有很多不同学科背景的研究人员一起合作,在思想上相互碰撞,才能形成综合的学科研究能力,促进学科发展。但目前我们实验室70%以上的研究人员都是学机械专业的,其它专业的研究人员相对较少。比如说我们现在急需化学专业的一流人才,但是,如何在现有的管理体制下,吸引不同学科的一流人才来实验室是我们工作的难点之一。

  另外,国际国内对高等院校的科研工作的评价标准不一样,国际上主要看研究的深度和创新程度,而国内的标准主要是看研究成果是否实现了转化。我们不愿放弃国际评价标准,但又要兼顾国内情况,做起来就比较难。

  记者:作为实验室主任,您在今后五年有什么计划?

  雒建斌:总体而言今后五年是我国国家重点实验室发展的黄金时代。在科技部和财政部的努力下,国家对重点实验室的投入力度有了质的飞跃;同时,国际高技术产业大量向中国转移;并且国际人才趋于向国内流动;实验室的研究水平和硬件条件也接近国际一流水平。因此,我们一定要珍惜这些历史难得的机遇。一方面要在国际前沿和国家重大战略需求方面布局,投入较大的研究力量。另外,我们应看得更远一点,选择一些具有长远前景的冷点,开展探索性研究。争取在国际上取得有重要影响的创新成果。当然,具体研究计划需要经多次研讨,并经实验室学术委员会批准,方可执行。

  

  

  

  

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