3月31日，科技日?qǐng)?bào)記者從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校工程科學(xué)學(xué)院鄭志軍研究組發(fā)現(xiàn)物體表面粗糙度可以改變接觸界面的強(qiáng)度和吸附模式，并揭示了界面增強(qiáng)—減弱和吸附模式轉(zhuǎn)變的力學(xué)機(jī)理。相關(guān)研究成果日前發(fā)表在《固體力學(xué)與物理雜志》上。
在微納米尺度下，材料的表面形貌和表面相互作用極大地影響了材料的吸附接觸行為，發(fā)展吸附接觸力學(xué)理論對(duì)生物力學(xué)、微納米機(jī)電和原子力顯微鏡等眾多領(lǐng)域都具有重要的基礎(chǔ)意義。自然界中許多現(xiàn)象與粗糙表面吸附接觸問題密切相關(guān)，如昆蟲吸附在物體表面、壁虎在墻壁上行走等。理想光滑表面并不存在，實(shí)際表面都是粗糙的，表面粗糙度對(duì)材料吸附行為的影響存在著持久性爭(zhēng)議，力學(xué)機(jī)理尚不明晰。
針對(duì)上述問題，研究團(tuán)隊(duì)通過建立粗糙表面變形與相互作用的自洽方程，發(fā)展了完全自洽模型。在編制的計(jì)算程序中，從根本上解決吸附自洽方程中積分項(xiàng)所存在奇異性問題的同時(shí)，采用弧長(zhǎng)控制法、自適應(yīng)網(wǎng)格和牛頓迭代法等技術(shù)解決了數(shù)值求解的困難，獲得了高精度的數(shù)值計(jì)算結(jié)果。
研究人員發(fā)現(xiàn)，隨著粗糙度的增加，界面強(qiáng)度先增大后減小，吸附模式從簡(jiǎn)單接觸轉(zhuǎn)變?yōu)槎帱c(diǎn)接觸。研究人員進(jìn)而建立了吸附模式分區(qū)圖，給出了界面增強(qiáng)—減弱的臨界粗糙度，并揭示了吸附增強(qiáng)-減弱的力學(xué)機(jī)理。當(dāng)表面粗糙度較小時(shí)，在拔出過程中接觸區(qū)內(nèi)出現(xiàn)起伏狀壓強(qiáng)分布，使得拔出力增大;而當(dāng)表面粗糙度較大時(shí)，由于粘著應(yīng)力存在上限，在拔出過程中局部界面出現(xiàn)空化，形成吸附屏蔽區(qū)，使得拔出力減小。
