软材料是一种高弹性材料，它具有一些金属和其他材料所没有的良好性能。软材料（例如橡胶和塑料）具有很好的耐磨性、电绝缘性、耐腐蚀等特殊性能，因而软材料在汽车、石油等工业领域以及医疗器械方面获得了广泛的应用。软材料在摩擦领域的应用也呈现出不断增长的趋势，如各种车辆的橡胶轮胎、汽车雨刮器、唇形密封圈以及人工关节等。因此国内外学者们越来越重视对软材料摩擦磨损性能的研究。

         不同于硬材料，软材料表面织构化设计需要考虑更多问题。例如软材料表面的粘弹性、软材料较低的杨氏弹性模量、软材料表面浸润性问题等等。本课题组较早地开展了表面织构对软材料摩擦学性能改善的研究，并取得了一定的成果，形成一套完整的理论体系。主要包括两个方面：橡胶（PDMS），塑料（UHMWPE）。

         一、本团队利用仿生学原理，在软质材料（橡胶）表面设计和制造出仿生微细结构，以改善其表面摩擦学特性，揭示了软质材料表面织构的润滑机理。结果表明：合理的表面织构设计可以有效地降低软质材料表面粘附力，同时表面织构可以有效地控制软质材料表面摩擦学性能[1]

Fig.1 PDMS disk. (a) Picture of the disk. (b) Optical microscope image of a dimple pattern. (c) 3D profile of a dimple. (d) Cross section of a dimple

         二、本团队利用微细加工的方法在人工关节材料UHMWPE表面加工了微米尺度的表面织构阵列，并对不同表面织构几何参数对UHMWPE摩擦性能的影响进行了研究，同时对软材料织构化机理进行了讨论，结果表明：不同于硬质材料高面积率表面织构增加摩擦力的现象，高面积率的表面织构UHMWPE可以更好的降低摩擦力，同时表面织构可以有效地降低磨损率[2]。

Fig.2 Area density effect of textured UHMWPE on volume loss

         三、本团队利用化学沉积法在软质材料（橡胶）表面制备一层具有良好光学反射能力的镀银层，在光干涉油膜试验机上观测织构化软质材料在流体动压润滑下的表面变形形貌，揭示了软质材料表面织构的流体润滑机理。结果表明：在流体动压润滑条件下，软质材料表面织构周围会出现不均匀分布的表面变形，如图3所示；进一步研究显示，织构间的相互作用对表面变形有着重要影响，如图4所示。

图3. 表面织构在不同载荷下的典型干涉条纹

图4. 典型干涉条纹与其对应的表面变形形貌

与本研究相关的论文：

1. Li JF, Zhou F, and Wang XL. Modify the friction between steel ball and PDMS disk under water lubrication by surface texturing. Meccanica 2011; 46: 499-507.

2. Zhang B, Huang W, and Wang XL. Biomimetic surface design for UHMWPE to improve the tribological properties. Proc. IMechE, Part J: J. Engineering Tribology,2012, 226(8):705-713.

3. Su B, Huang L, Huang W, Wang X. Observation on the deformation of dimpled surface in soft-EHL contacts. Tribology International. 2018;119:521-30.

4. Su B, Huang L, Huang W, Wang X. The load carrying capacity of textured sliding bearings with elastic deformation. Tribology International. 2017;109:86-96.