摩擦和磨損涉及力學、材料、物理、化學等基礎學科和機械、能源、環境、醫療等工程技術，對經濟和人類社會影響巨大。據統計，全球約25%的一次性能源浪費在摩擦過程中，80%的機械部件損壞來自于磨損（單此一項就導致工業化國家經濟損失約占GDP的5%～7%）。對未來影響更大的是，摩擦磨損使得許多夢寐以求、潛力無限的高端技術無法實現。有沒有可能實現近零摩擦和磨損呢？

圖1. 結構超滑領域的里程碑事件

兩個固體表面直接接觸并相對滑移運動，摩擦磨損主要源于表面本身的粗糙性、表面之間的夾雜物和化學鍵等。

早在1983年佩拉爾（M. Peyrard）和奧布里（S. Aubry）就利用一個十分簡單、只含兩個彈簧系數的Frenkel-Kontorova模型（簡稱FK模型），從理論上預測了兩個原子級光滑且非公度接觸的范德華固體表面（如石墨烯、二硫化鉬等二維材料表面）之間存在幾乎為零（簡稱“零”）摩擦、磨損的可能。近十年后平野（M.Hirano）等人通過FK模型的計算，再次提出了類似的預測，將其命名為超潤滑（Superlubricity），并作了多次實驗嘗試。

此后，馬�。�J.M. Martin）等于1993年實驗觀察到了摩擦系數低達10-3量級的超低摩擦現象。由于長期沒有證實佩拉爾等預測的超潤滑概念，人們漸漸地將超低摩擦現象稱作為超潤滑，而將前者改稱為結構潤滑（Structural Lubricity）。

人類歷史上第一次觀察到結構超滑（Structural Superlubricity）是在2004年，由荷蘭科學院院士弗倫肯（J. Frenken）領銜的團隊在納米尺度、超高真空、低速（微米/秒）的條件下觀察到石墨-石墨烯界面超滑。由于實驗條件過于苛刻，無法投入實用。并且，包括弗倫肯本人在內的許多科學家都不僅認為，而且從理論上“證明”納米以上尺度結構超滑難以實現。

圖2. 納米尺度的結構超滑

2008年，清華大學工程力學系、微納米力學與多學科交叉研究中心暨摩擦學國家重點實驗室的鄭泉水教授團隊在世界上首次實驗實現了微米尺度結構超滑。2012年，鄭泉水團隊證實了這是結構超滑，從而顛覆了人們的有關認識。弗倫肯（J.Frenken）等在《化學世界》（Chemistry World）（2012）上評價：“這是一個聰明的、經過仔細設計且極具勇氣的實驗。該現象發生在介觀尺度，立刻將這個現象的研究從學術興趣轉化到實際應用（“immediately brings it from academic to practical interest”）。

此后，全球性的結構超滑和極低摩擦研究都進入了一個加速增長期，研究者們在不同的系統中都觀測到了結構潤滑現象。清華大學除了以鄭泉水教授為代表的研究團隊在結構超滑領域處于國際領先地位之外，以雒建斌院士為代表的研究團隊在固-液界面極低摩擦研究領域同樣處于國際領先地位。 

圖3. 微米尺度的結構超滑

本文另外一位通訊作者為以色列特拉維夫大學化學學院奧德·霍德（Oded Hod）教授，三位國外合作者分別為以色列特拉維夫大學化學學院院長邁可·烏爾巴赫（Michael Urbakh）教授和奧德·霍德教授，以及瑞士巴塞爾大學物理系的厄恩斯特·邁耶（Ernst Meyer）教授。他們三位分別采用理論模型、分子動力學/第一原理計算、和實驗方法研究納米尺度結構超滑。

圖4. 不同尺度的結構超滑的實際應用舉例