近年来，我国在摩擦学领域取得了一系列重要突破。研制了新型纳米级润滑膜厚度测量仪，在国际上首次提出“薄膜润滑状态”概念，填补了弹流润滑与边界润滑之间的理论空白，还在应用基础领域大胆探索超滑和抛光问题，为工业发展解决了一系列技术难题。“摩擦中微粒作用机制及超滑机理”成果获得2020年度陈嘉庚科学奖技术科学奖。这些贡献离不开一位在摩擦学领域潜心科研的科学家，他就是中国科学院院士、清华大学学术委员会副主席雒建斌。
科研源自生活的发现
“大家吃药的时候，有时是不是觉得很难咽下去？卡在嗓子眼儿挺难受对吧？将来要应用技术研究成果，给药丸表面上做一层类似润滑剂的材料，吃药就会顺利得多。”中国科学院院士、清华大学机械工程学院院长雒建斌用浅显易懂的道理开始讲起他对摩擦学的研究，“摩擦力有两个方向，一个是增摩，一个是减摩。像我们日常中的刹车片，如飞机降落和火车降速时都要刹车，就需要增加摩擦，但又不能增加太大，否则就抱死了。再比如设计球鞋就需要增摩。相对应的另一面就是把摩擦的能耗降下来，比如你要滑冰，就需要减摩。根据人类的需求，这两个方向在日常生活中都需要，也都很重要，其中减摩在工业界更为重要一些。只有得心应手的控制摩擦，才能给人类带来更多益处，也会对国民经济发展带来更多可能。”
当记者问到为何选择研究摩擦学时，雒建斌笑着说：“恢复高考的第二年，我考上东北大学材料系，毕业后进入西安电缆厂工作，就是在那里结缘了摩擦学。工作中一个现象引起了我的注意：电缆厂制作电缆时有一道工艺叫拉拔铜丝，一到夏天，拉拔铜丝就会因高温而氧化，氧化后铜丝就变成了废品。我就和同事一起，开始研究如何控制铜丝氧化，如何降低铜丝温度，经过试验，一旦改进润滑效果，氧化问题就大幅度改善，还发表了自己的第一篇学术论文。自此，我对摩擦学产生了浓厚的兴趣，也更加坚定了搞科研的决心。”
为更好地钻研摩擦学，雒建斌开始意识到要进入专业领域继续深造。1985年，他到西安建筑科技大学冶金系攻读硕士研究生，导师为金属加工摩擦学专家严崇年教授，开始进入摩擦学研究领域进行系统学习和研究。在求知欲的驱使下，他于1991年又考取清华大学精密仪器与机械学系博士研究生，进入摩擦学国家重点实验室，师从中国科学院院士、我国著名摩擦学专家、教授温诗铸。
怀揣着对摩擦学的热爱，博士毕业后的雒建斌选择留在清华大学，在这里，他和“摩擦研究”形影不离。
“我当时觉得自己性格比较适合于科研工作，也非常喜欢清华的学术氛围。导师有次到国外考察，得知可以测量纳米级润滑膜测试技术，他就把这项技术的研发任务交给了我和青年教师黄平博士。”雒建斌说，“纳米级润滑膜测试技术是当时全新的国际前沿领域，没有人知道应该从何入手，我们只能摸着石头过河。”
经过雒建斌和团队的不懈攻关，他们成功研制出纳米级薄膜厚度测量仪，并获得1996年国家发明奖三等奖，这一测量仪为后续的薄膜润滑理论研究奠定了基础；在国际上首次提出“薄膜润滑状态”概念，填补了弹流润滑与边界润滑之间的理论空白，并于2001年获得国家自然科学奖二等奖。
“摩擦学是一门研究物体表面摩擦行为的交叉学科。摩擦现象发生时，往往伴随着磨损。摩擦、磨损会引发能源消耗，给设备、器件、材料带来损失。我国是制造大国，机械装备使用寿命较短，低端高耗能装备较多，每年因摩擦、磨损造成的浪费巨大。有人做过计算，摩擦和磨损合起来的损失大概约占GDP的5%～7%，假如按照5%计算的话，2020年GDP大概100万亿以上，那通过摩擦和磨损的消耗就高达5万亿左右。”雒建斌如此解释自己为之痴迷的科研工作意义所在，“实际上，摩擦学不仅在航空航天领域，在芯片制造、高端装备、生物、高铁、军事领域也有很多应用。研究发现，全世界每年约30%的一次能源因为摩擦被消耗，约80%的机器零部件因为磨损而失效，约50%的机械装备恶性事故起源于润滑失效和过度磨损。”
在将近四十年的科研生涯中，雒建斌始终在寻找答案：如何降低摩擦系数？如何减少摩擦能耗节约能源？如何让人类社会的绿色发展成为可能？在薄膜润滑理论研究取得突破后，雒建斌向“超滑”下手，开始挑战这个困扰国际摩擦学界的科学难题。
走进超滑研究的世界
自然界中，两个物体之间运动，必然产生摩擦。当摩擦系数几乎为零时，就是超滑现象。
“在实际工业生产、人们生活中，超滑研究有着很多实际应用。国外专家调研，若将轿车的发动机摩擦系数降低18%，每年大约能够节约5400亿元燃油费，减少2.9亿吨二氧化碳排放。只要在超精密设备的接触副里面，都有薄膜润滑状态存在，一个稳定的薄膜润滑状态，对精密轴承、超精密轴承以及超精密运动副都是非常重要的，包括超精密的齿轮箱也都有这种状态存在。认识了它的状态、特性，就可以设计润滑分子模式，在这种状态下如何能够实现好的润滑状态、好的润滑情况，意义重大。比如运动副、摩擦副材料的选择，要考虑到材料和周围分子的相互作用。分子设计的时候，要同时考虑分子以及固体对它的作用影响，两个都考虑才对运动副设计有帮助。”雒建斌说。
超滑如何实现？借助何种物质实现？对润滑材料的分子特征有哪些要求？早在1996年雒建斌和团队开始进行超滑研究，但一直没有重要进展。
2008年，他们组的学生有一次无意把酸奶带进实验室加到实验机上，发现摩擦系数一下降到了千分之二点八。雒建斌迅速把学生们分成几个研究组，分别研究酸奶里的乳酸菌、乳酸、蛋白质、微量元素对超滑的影响。通过实验发现，酸奶做摩擦实验时，若实验机反向旋转，超滑现象就消失了，由此证明酸奶实现的是“假超滑”。
“事实上，我们每项研究跨度都很大，研究周期也比较长，期间遇到无数次大大小小的失败。做科研没有毅力是不行的。”雒建斌饶有兴致地向记者讲起日常的一些小故事。比如在研究乳酸菌对超滑的影响时，学生们要整天在显微镜下观察，反复的实验导致他们有的人现在看到酸奶就没胃口。后来他们用磺酸和丙三醇混合时就实现了超滑，非常稳定，大概磨合了十分钟左右，摩擦系数就降到了超滑状态。紧接着他们又在意想不到的腐蚀剂磷酸中，发现超滑现象。再比如，雒建斌一次在杭州吃莼菜汤时，发现用筷子根本夹不起来，只能用勺子，而且入口特别顺滑，有个想法突然就涌在脑海——莼菜中的某些成分是不是具有超滑效应？回到学校后，他便迫不及待与学生们一起开展莼菜的超滑性能研究。经过实验发现，它的摩擦系数达到千分之五，是一种层状的超滑材料。
随着不同液体超滑现象的发现，新的液体超滑机理被提出，超滑的大门在清华大学打开了。在实验过程中，面对同学们出现激烈争论以及气馁的现象时，一向温和的雒建斌从没发过脾气，他会在尊重科学规律和经验判断的前提下，让同学们“不要放弃”“再坚持一下”。归纳起来，世界上公认的超滑大概有三种机理：双电层作用、流体动压效应和水合作用。其中前两种超滑机理就是雒建斌研究组提出来的。最终，他和团队发现了多种配比的酸、醇、碱溶液、糖类、油基液体和多种固体材料都能实现超滑。目前，雒建斌在超滑研究方面已经走到了世界前列，发现了新的超滑体系和超滑机理，为超滑走向工业应用迈进了一大步。
雒建斌（左二）随中国摩擦学代表团出席第20届摩擦学国际学术会议
做研究是为现实服务
“当超滑实现后，承压的范围只能到300兆帕。然而，要真正在工业上产生大量的应用，就要把它的承载能力提高，提高到1吉帕以上。国际上液体超滑现有三个大的研究组：一个是以色列小组，一个是日本小组，还有一个就是我们小组。从溶液看，中国组的体系已经非常庞大；从承载能力看，以色列小组大概做到70兆帕，日本做到100兆帕，我们提出的固液耦合超滑体系后，将液体超滑的承载能力提高到了1.2吉帕以上，实现了数量级的提高。在液体超滑论文方面，早在2015年，我国跟世界其他国家的总和差不多，现在我们已超过其他国家总和。而国内的成果多数来自我们研究组。”提及研究成果，雒建斌对团队感到自豪，“同一个事情全世界很多人在做，只有方向对、手段好、成员能力强，组合在一起才能做到最好。”
他也强调，超滑要想推向应用，必须解决这个矛盾：对于液体而言，为了减少摩擦，需要弱的分子间作用；而为了承受载荷，需要强的分子间作用。如何解决这个矛盾，才是液体超滑应用研究的关键。
三十多年来，雒建斌还在应用基础领域大胆探索超滑和抛光问题，为工业发展解决了一系列技术难题。那么，将来近零摩擦和近零磨损就会有更广远的前景，超滑应用的这扇大门已经打开了并逐步向工业界推广。
“目前，很多成果做完以后，发一个高水平论文或者拿一个国家奖项就算结束了，这是对成果的最大浪费。一项成果出来后，一定要走出实验室，除了理论研究外，其被工业界所采用才是科研工作者最大的价值体现。”雒建斌说。
近几年，除了泡在实验室里，雒建斌的身影还越来越频繁地出现在工厂 、车间和生产一线。因为1998年左右，雒建斌和团队到广东一家计算机硬盘磁头公司参观工艺，本来是要介绍薄膜润滑技术，但他却被对方高管提出的磁头抛光精度难题给吸引住了。这是计算机硬盘制造业面临的难题，于是，如何把握好这个度、降低磁头磁盘表面粗糙度、改进保护膜性能，成了雒建斌实验室新的研究方向。
正是因为不拘泥于条条框框，也为了帮工厂车间研发实用的工艺，雒建斌做起了摩擦中的“抛光生意”。
在薄膜润滑研究过程中，雒建斌和实验室人员发现，在润滑液中加入纳米金刚石颗粒后，产生了良好的微抛光效果。团队认为，这有可能适合于硬盘磁头表面加工。对于这个发现，也遭到不少同行质疑，“难度太大”“这不是传统摩擦学的路径”“不务正业”……雒建斌没有放在心上，他始终认为，研究就是要服务于实际生产，能解决问题就是有价值的事情。
顶着外界压力，雒建斌率领团队攻坚克难，将清华大学的实验室研究和企业现场的实验相结合，成功把纳米金刚石颗粒引入了磁头表面抛光液中，不仅将磁头表面粗糙度降低了50%，实现了硬盘存储密度的大幅提升，同时也证明了摩擦学与纳米制造结合是正确的，目前已成为摩擦学国家重点实验室一个全新的发展方向。
当前，世界上超滑领域的顶尖论文有五六成都出自雒建斌的团队，可他却说这些还远远不够：“做好科研是我为国家作贡献的最好方式，也让我感到无上光荣。要让中国人在摩擦学领域中做到最好，我们还需要更加努力。”
