北京
引言
从《三体》的“水滴”说起
《神奇的表面》
如果你读过刘慈欣的《三体》，一定对那个表面绝对光滑的“水滴”探测器印象深刻。这个由强相互作用材料构成的探测器，表面温度接近绝对零度，分子热运动几乎停止，光滑到没有任何摩擦。它不仅是三体文明的科技象征，更是人类对“零摩擦”世界的终极想象。
那么，现实中的我们，离这种“零摩擦”的世界还有多远？今天，我们就从《三体》中的“水滴”出发，聊聊科学家们如何在现实中追逐这个看似不可能的梦想。
01
科幻中的零摩擦：
从“水滴”到现实
《神奇的表面》
在《三体》中，三体文明使用的“水滴”探测器的表面光滑到极致，摩擦为零，几乎无法被破坏。这种探测器使用强相互作用材料构成，构成整个探测器的原子被强相互作用力锚定，分子热运动几乎完全停止，使得水滴的表面温度达到了绝对零度。此外，强相互作用力下的原子排列得非常整齐，造就了这种探测器的绝对光滑，表面达到了零摩擦的状态。这种零摩擦的表面在科幻世界中象征着极致的技术进步，但在现实中，我们离这种技术还有多远？
其实，早在1983年，科学家们就预测了两个原子级光滑表面之间可能存在零摩擦的现象。而到了1990年，日本科学家平野元久首次提出了“超润滑”（superlubricity）的概念，随后在实验中观察到了摩擦系数低至0.001的超低摩擦现象。从此，超润滑技术从科幻走进了实验室。
《三体》小说中表面绝对光滑的“水滴”探测器
02
超润滑时代：
从实验室到应用
《神奇的表面》
超润滑不仅仅是一个科学概念，它已经开始走进我们的生活。想象一下，如果汽车的发动机摩擦系数降低18%，每年可以节省5400亿元人民币的燃油开支，并减少2.9亿吨的二氧化碳排放。这不仅仅是省钱，更是为地球减负。
2013年，中国科学家魏飞团队首次在大气环境下观察到了厘米级碳纳米管层间的超润滑现象，所实现的超润滑尺度比既往报道结果的最高值高出3 个数量级，同时所得到的摩擦剪切强度比既往报道结果的最低值降低了4 个数量级。2019 年7 月，北京星际荣耀科技有限责任公司设计研制的“双曲线一号”运载火箭携带BP-1B 试验卫星升空，该试验卫星上携带了由兰州空间技术物理研究所使用超润滑固体薄膜制备的新型宏观尺寸零部件，通过了国际上首次超润滑薄膜的空间飞行验证。超润滑技术在硬盘读写、太空探测、精密制造等领域都有着重要作用，也为人类埋下了下一次超润滑技术革新的种子。超润滑技术正在从实验室走向太空、硬盘、精密制造等领域，成为下一次技术革新的关键。
纳米结构超润滑模型
03
酸奶与超润滑：
偶然中的科学突破
《神奇的表面》
你可能会问，超润滑和酸奶有什么关系？这听起来像是两个完全不相关的东西，但科学往往就在这种看似无关的偶然中发现突破。
中国科学院院士雒建斌团队的张晨辉教授提出了流体效应、水合效应和双电层效应共同作用的超滑机制，而这些机制源于团队中一位博士生的偶然发现。这位博士生出于好奇，测试了晚餐中一瓶酸奶的摩擦系数，发现一段时间后摩擦系数降到了0.003，他针对这一现象攻关了几个月，但未能找到实验结果中的规律。在排查实验仪器的安装误差后，他发现酸奶并未达到超滑的标准。不过他们还是将酸奶中的成分进行了分析研究，发现其中的乳酸起到了关键作用。进一步测试各种酸的摩擦系数发现，磷酸溶液能达到摩擦系数0.005 以下的超滑状态。基于此，他们提出了“氢键网络”模型来解释这一现象，但该模型并不准确，他们经过重新设计实验，通过增强表面间的水合力和双电层力实现了界面超润滑。
酸奶
科学就是这样，往往在不经意间打开新世界的大门。一旦放弃了就意味着可能与成功擦肩而过，也正是不轻言放弃的探索精神，使得人类将认知的触角伸向了一个又一个未知领域。
04
未来的零摩擦世界：
我们离“水滴”还有多远？
《神奇的表面》
虽然我们还没有完全实现“零摩擦”，但科学家们已经在超润滑领域取得了巨大的进展。从原子级的光滑表面到厘米级的碳纳米管，从实验室到太空，超润滑技术正在一步步改变我们的生活。
未来，随着超润滑技术的进一步发展，我们可能会看到更多令人惊叹的应用：无磨损的机器、超高效的能源系统，甚至可能实现科幻小说中的“零摩擦”世界。
《神奇的表面》
如果你对表面科学感兴趣，推荐你阅读《神奇的表面》这本书。书中详细介绍了从荷叶的超疏水表面到猪笼草的润滑液体，再到超润滑技术的科学原理和应用。书中不仅有丰富的科学知识，还通过生动的案例和实验，带你领略表面科学的奇妙世界。
神奇的表面
沈一洲 主编
北京 : 科学出版社, 2025. 3
ISBN 978-7-03-080523-2
责任编辑：李涪汁 曾佳佳
本书系统地介绍了当今世界上那些具有特殊功能的表面，它们有些神秘莫测、不可思议，有些又随处可见。通过对超疏水、超润滑、防污渍、耐腐蚀、耐辐射、耐磨、自修复、隔热、防冰、电磁吸收、吸声、光学伪装、抗菌/ 杀菌、止血等功能性表面进行介绍，能够增强人们对已有“表面”的理解，同时也希望在全人类的努力下，未来能够发现与研制更多利于人类发展的“表面”。
结语
科技爆炸的时代，未来已来
《神奇的表面》
我们正处在一个科技爆炸的时代，从荷叶到猪笼草，从酸奶到超润滑，科学家们正在不断突破自然的极限，探索未知的领域。或许有一天，我们真的能实现“零摩擦”的世界，而这一切，都源于人类永不停止的探索精神。
所以，下次当你喝酸奶的时候，不妨想想：这瓶酸奶，或许正隐藏着下一个改变世界的科学突破。
（本文编辑：刘四旦）
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