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摩擦学研究所

一、摩擦学研究所简介:

上个世纪八十年代初,老一代摩擦学专家创建了以铁路系统摩擦学问题研究为主的摩擦学实验室。1997年,在该实验室的基础上成立了摩擦学研究所,是牵引动力国家重点实验室和材料先进技术教育部重点实验室的主要组成部分。摩擦学研究所现有办公、实验室面积逾2000平米,其中包括超净实验室150平米

摩擦学研究所拥有一支具有多学科交叉特点的研究团队,研究人员分别具有机械、材料、力学、化学等专业背景。实验室目前共有在职固定人员18人,其中教授10人(博导10人)、副高5人、讲师1人;其中包括:中组部千人计划特聘教授1人、教育部长江学者特聘教授2人、国家杰出青年基金获得者2人、教育部新世纪优秀人才4人、全国百篇优秀博士论文获得者1人。研究所目前主要从事微动磨损和微动疲劳、生物制造与生物摩擦学、微纳制造与纳米摩擦学、轮轨摩擦学、力学(含分子力学)、摩擦振动与噪声等方面的课题研究。

自1997年成立以来,摩擦学研究所获国家级奖项3项,省部级奖4项;发表学术论文近200余篇,其中SCI收录论文80余篇;出版学术专著8部;获中国发明专利近百项。

摩擦学研究所年均招收硕士研究生约40名,博士研究生10名,现有在读研究生150余人。已培养了一大批研究生,已出站博士后2人,毕业博士20余人。1篇博士论文获全国优秀博士学位论文,5篇博士论文获省优秀博士论文。

摩擦学研究所目前已经于美国、法国、英国等国家的一些高校或研究单位建立长期合作关系,并开展了互派研究人员(含博士生)进行交流学习。现主要的合作单位有:法国里昂中央大学、巴黎高等师范学校、英国伯明翰大学、利兹大学、美国宾州州立大学、澳大利亚Deakin University、NSW University、日本National Institute of Materials Research、 加拿大University of Laval、香港科技大学、香港中文大学、清华大学、上海交通大学、西安交通大学等。

博士生在美国宾州州立大学访学

 

近五年来,承担各类科研课题40多项,包括973计划项目、国家自然科学基金重大和重点项目、国家创新研究群体基金(全国高校机械工程领域第一个国家创新学术团队)和杰出青年基金以及大量国际合作和企业合作项目,研究成果对促进科学技术进步和国民经济发展做出了重要贡献,成为国内摩擦学与微纳制造领域重要的科学研究和人才培养基地。

全国高校机械工程领域第一个国家创新学术团队

   

 国家自然科学二等奖           国家教学成果一等奖

 

二、主要研究方向简介:

(1)微动及微动疲劳研究

按球/平面接触模型,微动可分为切向微动、径向微动、扭动微动和转动微动4种基本运行模式。扭动微动和转动微动是指在交变载荷下接触副接触界面发生微幅扭动或转动的相对运动。扭动、转动微动现象大量存在于现代工业和生物医学中。针对航空航天、核反应堆、高速铁路、电力电子装备等现代工业中出现的大量微动失效问题,研究不同微动模式下的运行机制、损伤规律及其防护技术。近20年来,本方向针对切向微动、径向微动、复合微动做了大量的工作。

主要研究内容包括:扭动微动;转动微动;切向微动、径向微动和复合微动研究、微动疲劳装置开发;微动对疲劳的影响。

(2)铁路摩擦学研究

轮轨关系是铁路运输中最基础、最复杂的科学问题,轮轨摩擦学主要从事高速与重载铁路轮轨关系中的摩擦学问题研究,主要包括轮轨磨损、疲劳、粘着、钢轨波磨及预防措施研究。

研究内容包括:钢轨波磨研究;轮轨磨损与疲劳损伤;轮轨粘着特性研究;钢轨打磨技术。

(3)生物摩擦学与生物制造研究

随着人类平均寿命的提高,牙齿磨损引发的诸多问题日益凸现。了解人体天然牙的摩擦学特性可以为牙齿过度磨耗的临床防治、仿生牙科材料开发和仿生摩擦学设计提供重要理论基础和关键技术支持。由于疾病、外伤、老化等原因,大量植入体应用于人体器官的固定、修复和替代之一。研究人体骨组织的微动摩擦学行为,微动是造成植入体早期失效的重要原因,对丰富与发展生物摩擦学理论,指导新型修复材料的临床应用和开发均具有重要意义。

主要研究内容包括:健康恒牙的摩擦学特性;增龄性变化;四环素牙的摩擦学特性;人牙的酸蚀特性;人牙的微观摩擦学特性;人皮质骨微动研究;皮肤往复滑动摩擦行为研究。

(4)微观磨损及其防护研究

微观磨损问题广泛存在于微机电系统当中,成为制约其发展的关键因素;微机电系统典型的材料包括单晶硅、NiTi合金、玻璃、石英等。

主要研究内容包括:粘着力对微观磨损的影响;单晶硅的微观磨损研究; 表面改性对微观磨损的防护;硬膜(DLC、N-Al-Ti、SiNx薄膜等)的防性能及机理研究;软膜(自组装膜等)的防性能及机理研究;NiTi合金的耐磨表面改性研究。

(5)微纳米制造研究

器件的不断微型化给现代纳米加工技术带来巨大挑战。传统光刻技术的局限性逐渐凸显,探索和开发新的硅基纳米加工技术迫在眉睫。

主要研究内容包括:表面微纳米级凸结构的加工(适于单晶硅、石英等脆性材料表面);微纳米级凸结构的加工机制。

(6)高速弓网载流摩擦磨损研究

随着列车运行速度的提高,接触线和受电弓滑板材料之间的滑动磨损十分突出,严重影响了其使用寿命。接触线和受电弓滑板通过高速滑动传导大电流,工作条件恶劣。目前,对接触线和受电弓滑板材料异常磨损的机理认识不足,影响了长寿命接触线和受电弓滑板材料的发展。目前研究进展是:发现高温是导致接触线和受电弓滑板材料异常磨损的主要因素;电弧烧蚀是接触线和滑板材料异常磨损的另一个主要因素。

(7)摩擦振动和噪声的研究

摩擦振动和噪声是指由于摩擦而引起的系统振动和噪声。目前,国际上主要研究摩擦尖叫振动和噪声。所谓尖叫振动,是指振动系统在摩擦的切向和法向的振动是相互耦合的。

主要研究内容包括:摩擦力时间滞后现象,首次提出了摩擦力时滞尖叫噪声模型;揭示了铁路轮轨系统摩擦振动与钢轨波磨和车轮多边形磨耗机理。

(8)力学(含分子力学)研究

主要研究内容包括:工程力学;细观力学;单分子界面黏附机制研究;单分子弹性机制揭示;发现了单分子在不同溶液中的结构转变,在一定程度上揭示了进化论本质。

 

三、主要设备简介(仅统计百万元以上设备;括号中注明主要功能):

  1. Seiko环境可控的原子力显微镜(微观磨损测试、微观形貌分析);
  2. Hitachi环境可控的原子力显微镜(形貌扫描、粒度分析、导电性能等);
  3. Hysitron原位纳米力学测试系统(低载下原位划/压痕及机械性能测试、三维形貌表征);
  4. CSM纳米划/压痕仪(高载下划/压痕及机械性能测试);
  5. MTS多功能微摩擦及表面分析仪(高载下划/压痕及机械性能测试);
  6. 电液伺服疲劳试验机(微动测试);
  7. 通用摩擦磨损试验机(宏观摩擦测试);
  8. PLINT高温微动磨损试验机(高温微动测试);
  9. CETR多功能摩擦磨损机(2台;各种形式下的摩擦学测试);
  10. JD-1轮轨模拟试验机(用于轮轨摩擦磨损测试);
  11. JD-2轨模拟试验机(用于轮轨摩擦磨损测试);
  12. Nanomap三维形貌仪(三维形貌表征);
  13. 岛津疲劳试验机(各种疲劳性能测试);
  14. 截流(带电)摩擦磨损试验机(主要用于铁路弓网系统测试);
  15. 多点接触摩擦诱导纳米加工系统(大面积微纳米制造);
  16. 单分子力谱仪(2台);
  17. 扫描电镜(校内共享设备);
  18. JEM-2100F场发射透射电镜透射电镜(含离子减薄;校内共享设备)