镇楼图是楼主刚发的一篇文章。文章里详细的人名和地址打了码。有校园网的人可以直接在Tribology International上直接查到这一篇。

睡了，明天起来更

支持子

1，什么是摩擦。
摩擦是什么想必大家都比较了解。就算不是学术层面的理解，也有直观了解。摩擦的比较规范化的表述是：在【正压力】的作用下，两个【相对运动】的表面（这两个表面被称为摩擦副）发生的情况（如图所示）。所谓“发生的情况”通常来讲就是【出现摩擦阻力】和【出现磨损】。
显然，摩擦（friction，特指摩擦力）和磨损（wear，指摩擦过程中造成的材料损失，和摩擦力是不同的概念）是一件需要控制的事情。据统计，每年有相当于6%的GDP的财富消耗在了磨损上。
因此，控制摩擦和磨损是一个亟待解决的问题。至少在5、6千年前的古埃及，人们就发现油脂类物质（润滑油）可以起到减少摩擦和磨损的效果。而100多年前的1896年，人们就发现，向润滑油中添加【表面活性剂】类分子后，润滑油的抗摩擦和磨损能力大大提高。这些“加在润滑油中的表面活性剂分子”，就被称为“有机摩擦改进剂”，英文为“Organic Friction Modifier”，缩写为OFM。

2，什么是OFM：
如图（b）所示，OFM一般为一些表面活性剂分子。其中一端亲水、一端亲油。亲水的一端可以吸附在摩擦副表面（摩擦副通常为金属或者陶瓷（无机盐），都是具有亲水性的，所以是亲水端去吸附），将两个要摩擦的表面隔开，不让他们直接接触，达到减摩（降低摩擦系数）和抗磨（减少磨损）的效果。
为什么把两个表面隔开就能降低摩擦和磨损？这里就不得不提一下摩擦和磨损的两种（主要）来源：一种叫磨粒，一种叫黏着。
所谓磨粒磨损，就是初中物理里面提到的“表面啮合”模型。两个表面各有纳米级到微米级的起伏波动（被称为粗糙峰），然后两个粗糙峰在相对运动的时候发生啮合、碰撞，产生阻力，这就是摩擦力。至于磨损，如果两个粗糙峰“碰断了”或者“硬的粗糙峰在软的表面上犁沟”，这就叫“双体磨粒磨损”。如果是“掉下来的磨屑”在表面上犁沟或者碰撞，那么这叫“三体磨粒磨损”。显然，OFM不太能降低双体磨粒磨损。这是因为粗糙峰的高度（用5000目砂纸抛光的、能当镜子的比较光滑的表面也有几十纳米）往往远大于OFM分子的长度（约几个纳米），所以吸附的一层薄薄分OFM不能把两个摩擦副表面“撑开”，不太能降低双体磨粒磨损。至于三体磨粒磨损，OFM倒是可以通过减少磨粒的产生、“带走”磨粒的方式减少三体磨粒磨损。
第二种摩擦/磨损的来源是“黏着（zhuo）”。也就是两个表面粘在一块。当两个表面直接接触的时候，各种分子间作用力就会导致黏着。当两个表面相对运动的时候，刚刚生成的黏着点就要被“掰开”，导致摩擦力的产生。如果“掰开”是在原来的接触面掰开的话，那么表面只是恢复原样，没有磨损。但是如果界面粘附左右比较强，“掰开”的位置不在表面，而在摩擦副体相中的某处的时候，那么“黏着磨损”就产生了。显然，粘附力越强，黏着磨损就越严重；两个表面越直接接触，黏着磨损也越严重。
而OFM就可以比较好地解决这两个问题。首先，OFM吸附在摩擦副表面，降低了两个表面的表面能，使得他们的粘附功没有那么强。其次，更为重要的是，OFM减少了两个表面的“直接接触（纳米级接触）”（图a），使得粘附现象大为减少，降低了黏着导致的摩擦和磨损。

如图为OFM减少黏着磨损的直观图。图左边为两个铁球用普通润滑油润滑，摩擦一段时间后的照片。可以看出来很多黏着点（把蛋糕涂在桌子上就是典型的黏着磨损。像不像？）。而右边是两个铁球在同样的条件下，用加了GMS（一种OFM）的润滑油润滑。可以看出磨粒磨损（犁沟效应，也即双体磨粒磨损）还在，但是黏着现在基本没有了。
生活中的磨粒磨损：刷牙（还是三体磨粒磨损）；
生活中的黏着磨损：蛋糕沾在嘴上。

好，下面重点来了：
我们先看左边这三个框。左边那个拥有饱和尾链的叫硬脂酸，中间那个有顺式双键的叫油酸。这两个都是很常用的OFM。右边那个有反式双键的叫elaidic acid，我们不如叫它反式油酸吧。
很多研究者发现，有饱和链的硬脂酸的抗摩、减磨效果强于反式油酸，而反式油酸又强于有顺式双键的普通油酸。这是为什么？
这一现象至迟在1986年被Yahanmir报道。之后很多学者都发现了类似现象，但是都没有人解释出为什么。
Yahanmir表示，是它们三个的吸附膜【表面覆盖率】不同。硬脂酸的表面覆盖率高，所以它抗磨效果好。油酸（顺式双键）表面覆盖率低，所以它抗磨效果就不好。至于为什么他们表面覆盖率有差别？Yahanmir认为是他们的吸附吉布斯自由能有差别。硬脂酸吸附时的△G最负，所以它最容易吸附，形成了高密度（高表面覆盖率）膜。（这是猪猪觉得最靠谱的解释。不过他还是没有解释为什么它们吸附时吉布斯自由能变会不一样）。
Campen表示，是因为油酸的顺式双键导致它的链有“弯曲”（kink），所以它表面覆盖率低，抗磨效果不好；（听起来解释比较模糊。我猜他想说因为有这个kink，所以每一个分子所需要占有的面积更大，所以膜密度（表面覆盖率）低了？）
Beltzer表示，吸附膜“对称性的不同”是他们抗磨减摩效果不同的原因。（更抽象了）
Eder表示，油酸不如硬脂酸的原因是“油酸形成吸附膜的时候，堆积得不如硬脂酸紧密”；
Doig表示，油酸的双键的“内在的僵硬（inherent rigidity of double bond）”导致了它抗磨效果差。不过按照这个逻辑，反式油酸也应该一起差才对，但是实验结果说明反式油酸抗磨减摩效果处于油酸和硬脂酸之间。
综上，前人的解释都有点模糊。究竟是怎么一回事呢？

猪猪基于“抗磨减摩效果好的确是因为表面覆盖率高”这个逻辑，利用物理化学的方法说明了为什么饱和链的OFM表面覆盖率高、顺式双键导致表面覆盖率低。这也是这项研究的核心创新点。
至于为什么，明天再更，看帖子的诸位可以先自己思考一下

什么叫“表面覆盖率”其实都是一个需要定义的问题

mark一下

Yahanmir在1986年那篇文章里提出“表面覆盖率高的OFM抗摩减磨效果好”的逻辑。但是当时，他口中的“表面覆盖率”的概念是基于“秃顶模型”：他认为OFM吸附在一些表面上形成吸附膜，而另一些地方没有吸附，像没有头发的秃顶区域一样。而“吸附区域”占“全部区域”（也就是吸附区域+秃顶区域）的比例，就是所谓的“表面覆盖率”。
但是，Yahanmir和Beltzer一年之后就迅速抛弃了这个定义。他们将“秃顶模型”改为“头发稀疏模型”——摩擦副表面任何地方都是有头发（OFM分子）吸附的，但是区别在于不同OFM形成的吸附膜疏密程度不同，也即，单位面积内拥有的分子数不同。
这一定义得到了广泛承认。现在文献中多用“单位面积内分子数”或“每一个分子所占据的横截面积”（和单位面积内分子数可以相互换算）表示表面覆盖率。
出于直观理解，可以提供几个常见分子在普通金属（比如铁）表面的覆盖率数据：硬脂酸（十八碳酸，尾基碳链是饱和的）大概是每个分子占据21埃^2的面积；比较稀疏的单链表面活性剂大概有30A^2，而双链的表面活性剂大概有每分子占据40～50埃^2的表面积。

🐷🐷用的是GMS（硬脂酸甘油酯），GME（反式油酸甘油酯）和GMO（油酸甘油酯）作为模式分子。其实它们就是前人所用的硬脂酸、反油酸和油酸的甘油酯，本质是一样的。
先上个图，直观展示一下这三者的减摩、抗磨性能区别。
图a为摩擦系数区别。横轴是摩擦副相对运动的速度，纵轴是摩擦系数。其中曲线的比较平的部分叫“边界润滑区”，也就是OFM那层吸附膜（被叫做边界膜）起主要作用的区域。我们主要看这里的摩擦系数。曲线下降的那部分叫“混合润滑区”，暂时不做展开。
可以看出，同浓度下，GMS润滑的摩擦系统摩擦系数最低（饱和链，黑线），GME其次（反式双键，蓝线），GMO最差（顺式双键，红线）。
再看图b和c，展现了OFM们的抗磨（抵御磨损）效果。图b横轴是OFM的浓度，纵轴是磨损率。可以看出，同浓度、同磨损实验条件下，GMS（饱和）的磨损率显著低于GME（反式双键），而GME又显著低于GMO（顺式双键）。在OFM浓度为5*10^-4 g/g的时候（也就是图中5E-4），它们的磨损率甚至有数量级上的差别。GME比GME好十倍，而GME又比GMO好十倍。
图c是在这个区别最明显的浓度下，对磨损实验后的磨斑做白光测试，“拍”下的“照片”。可以看出，GMS（饱和链）润滑下的磨斑半径只有0.23mm，GME（反式双键）是0.30mm，而GMO有0.39mm（不加任何OFM的时候磨斑半径大概是0.59mm，文章里没写）。
总之，很明显地看出来，饱和链的GMS的减摩抗磨效果优于反式双键的GME，而反式双键的GME又优于顺式双键的GMO。

GMS，GMO和GME结构见第九楼的图。

如果我们承认“减摩抗磨效果好的OFM，其形成的吸附膜表面覆盖率高”（🐷🐷正是这么承认的），那么就要解释，为什么饱和链能成高表面覆盖率的膜，而顺式双键只能成低表面覆盖率的膜？