3月31日，科技日報記者從中國科學技術大學獲悉，該校工程科學學院鄭志軍研究組發(fā)現(xiàn)物體表面粗糙度可以改變接觸界面的強度和吸附模式，并揭示了界面增強—減弱和吸附模式轉變的力學機理。相關研究成果日前發(fā)表在《固體力學與物理雜志》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)展吸附接觸力學理論對生物力學、微納米機電和原子力顯微鏡等眾多領域都具有重要的基礎意義。自然界中許多現(xiàn)象與粗糙表面吸附接觸問題密切相關，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，實際表面都是粗糙的，表面粗糙度對材料吸附行為的影響存在著持久性爭議，力學機理尚不明晰。
針對上述問題，研究團隊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。在編制的計算程序中，從根本上解決吸附自洽方程中積分項所存在奇異性問題的同時，采用弧長控制法、自適應網(wǎng)格和牛頓迭代法等技術解決了數(shù)值求解的困難，獲得了高精度的數(shù)值計算結果。
研究人員發(fā)現(xiàn)，隨著粗糙度的增加，界面強度先增大后減小，吸附模式從簡單接觸轉變?yōu)槎帱c接觸。研究人員進而建立了吸附模式分區(qū)圖，給出了界面增強—減弱的臨界粗糙度，并揭示了吸附增強-減弱的力學機理。當表面粗糙度較小時，在拔出過程中接觸區(qū)內出現(xiàn)起伏狀壓強分布，使得拔出力增大;而當表面粗糙度較大時，由于粘著應力存在上限，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。
