本文参加百家号#科学了不起#系列征文赛。在最近发表在《科学进展》上的一篇论文中，阿姆斯特丹大学的研究人员对润滑的工作原理提出了新的实验见解。他们开发了一种利用荧光分子直接观察具有单分子层灵敏度的纳米润滑膜的新方法。它们定量地描述了表面形貌、接触压力和润滑之间的关系，从而加深了对润滑的理解。摩擦和磨损是世界能源消耗的很大一部分，因此对温室气体排放有巨大贡献。实际上，每一个运动物体都通过摩擦耗散能量。在运输和能源部门可以找到具有重大经济影响的例子：例如内燃机或燃气轮机。为了减少摩擦和磨损，通常对滑动和滚动接触进行润滑。例如，在内燃机中，机油起润滑剂的作用，防止活塞环和气缸壁之间的固体对固体接触，减少该界面的摩擦和磨损。较薄的润滑层一般来说，由于对材料使用的要求越来越严格，对效率的要求越来越高，以及对“绿色”润滑剂的需求，润滑层有变薄的趋势。在这种情况下，成功的润滑和长期的安全运行对被润滑表面的形貌越来越敏感。虽然许多工程和物理学的研究已经导致了对润滑的高度理解，但在小范围内，分层分解的重要问题尚未得到解答。一个主要的缺失环节是详细的实验洞察表面形貌对不同润滑状态之间过渡的影响。特别是当润滑膜的厚度仅跨越几个分子时，人们对这种现象进行了大量的讨论。表面形貌与润滑现象的联系基础研究，例如利用原子力显微镜研究摩擦力，提供了一些见解。然而，由于这些涉及微观尺度，它们与宏观现象的关联性有限。另一方面，在宏观尺度上研究润滑和表面形貌之间的相互作用是非常有挑战性的，因为润滑层埋在两个固体之间，因此很难通过实验获得。在《科学进展》的论文中，研究人员现在提出了一种新方法，这种方法确实能够在宏观层面上进行高分辨率的基础研究，将表面形貌与润滑现象联系起来。这项研究是在阿姆斯特丹大学范特霍夫分子科学研究所和物理研究所进行的。荧光分子探针在巴特·韦伯博士的ARCNL接触动力学小组中，重点放在与纳米光刻技术定位挑战相关的摩擦和磨损的基本方面。对于目前发表在《科学进展》杂志上的研究，该组织与阿姆斯特丹大学的弗雷德·布劳尔教授和丹尼尔·波恩教授联手。研究人员用法国合著者克莱门斯·艾伦博士和皮埃尔·奥德伯特教授发明的一种非常特殊的润滑剂进行摩擦实验：一种由荧光分子组成的纯液体。通过润滑透明的，玻璃对玻璃的液体接触，研究人员能够直接看到润滑膜只有几个分子厚。在荧光液体通过玻璃激发后，他们测量了与界面分子数成正比的局部荧光强度。实验结果与特温特大学KeesVenner教授共同开发的理论预测进行了比较。玻璃化转变通过定量分析表面形貌、润滑油膜厚度和摩擦之间的关系，研究人员发现，润滑油在滑动表面之间的限制导致了玻璃化转变，这意味着流体变得高度粘性，从而抵抗从界面挤出。然而，增加的粘度并不总是足以防止挤出。在界面处，润滑剂的压力和粘度之间存在竞争。界面压力取决于受表面形貌控制的承载面积：两个表面越粗糙，接触面积越小。由于他们的实验装置，研究人员能够定量地描述表面形貌、接触压力和润滑之间的关系。因此，研究结果对润滑工作原理有了更深入的了解，并有助于预测具有较大社会影响的多种润滑系统中的摩擦行为。

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