卡物理学bug？科学家在宏观尺度上实现了近乎零摩擦

过去二十多年里，物理学界一直在争论一件事：
摩擦力，是否真的可以在现实尺度上被消除。

这个问题并不新。早在2004年，研究人员就已经在实验中发现，如果将两片石墨的晶格结构以特定角度错开，它们在相对滑动时产生的摩擦力可以下降到几乎测量不到的程度。这种现象后来被称为“结构超润滑”。

从理论上说，它意味着一种极端状态：
两个固体表面在接触、承载、相对运动的情况下，几乎不产生能量损耗，也几乎没有磨损。

但问题在于，这个现象长期只存在于显微尺度。

在纳米或微米尺度上，原子排列可以被高度控制，界面足够理想，结构超润滑是可以稳定出现的。但一旦尺寸放大，现实世界的问题就开始介入：材料会发生弹性形变，界面不可避免存在缺陷，晶格取向无法保持统一。许多物理学家因此认为，结构超润滑在宏观尺度下并不具备可实现性。

这也是争论持续至今的原因。

近日，清华大学郑泉水团队在《Physical Review Letters》上发表的一项研究，首次在肉眼可见的尺度上，稳定观测到了结构超润滑效应，并且在加载实际重量的情况下依然成立。

他们使用的材料并不是普通石墨，而是通过连续外延生长制备的单晶石墨薄膜。与常见多晶石墨不同，这种材料内部的晶粒尺寸可以达到毫米量级，晶格取向高度一致，极大减少了界面随机性带来的破坏。

在此基础上，研究团队通过精确控制薄膜的叠层方式，构建出了接近无缺陷的石墨界面，使原子在宏观面积上保持连续接触，同时又避免了晶格的周期性锁定。

结果是，摩擦力几乎消失。

实验中，研究人员在广泛的载荷范围内测试了界面摩擦行为。即便随着重量增加，界面被进一步压紧，摩擦力依然保持在极低水平。在部分条件下，他们甚至观测到一种反直觉的现象：随着载荷增加，测得的有效摩擦阻力反而下降。

按照他们的估算，在极端情况下，即便在上表面施加相当于一头成年大象重量的压力，推动界面所需的水平力也只有极小的量级。

更重要的是，这种行为并非石墨体系的特例。研究还发现，在石墨与二硫化钼的界面上，同样可以实现稳定的宏观结构超润滑。这说明该效应并不依赖某一种特殊材料，而是可能存在于一类平整的层状晶体体系中。

这项结果解决了一个长期存在的关键问题：
结构超润滑是否只能作为实验室中的理想化现象存在。

现在的答案是，它可以在真实尺度、真实载荷下出现。

当然，这并不意味着工程应用已经触手可及。单晶石墨薄膜的制备成本、界面的稳定性、环境因素的干扰，仍然是必须面对的现实问题。但至少在物理层面，一个重要的限制已经被移除。

摩擦力并不是自然界中不可挑战的底线。
它并非必然存在，只是我们长期生活在一个材料缺陷占主导的世界里。

当界面的结构足够理想，尺度不再成为障碍，摩擦力可以被压缩到接近零的水平。这一点，已经不再只是理论推演，而是被实验验证的事实。

论文信息
Minhao Han et al., Observation of robust macroscale structural superlubricity,
Physical Review Letters (2026)
arXiv: 2601.00190