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闪温现象的原子尺度解释

摩擦生热是一种非常普遍的现象，但其机理尚不十分清楚。受对流换热控制方程的启发，我们提出了一种用于描述微观摩擦传热的数学模型，它包括描述滑动探针运动的动量方程（Prandtl-Tomlinson模型），以及描述相应传热过程的能量守恒方程。数值解表明，对于原子尺度的摩擦生热过程，尖端温度也存在着波动现象，通常被称为闪温现象。闪温与粘滑运动具有相同的周期和相反的趋势，这是因为当物体运动不稳定时，会发生粘滑运动，能量迅速释放并扩散到相邻区域。因此，在同一时期，会出现摩擦力急剧下降后又上升，界面温度迅速上升后又下降的现象。这一发现得到了众所周知的经验方程的证实。此外，讨论了动量方程中各个参数对界面温度和摩擦力的影响。结果表明，速度和势函数幅值的增加导致界面温度和摩擦力的增加；刚度系数的增加导致系统稳定性的增强，摩擦力和温度随着刚度系数的增加而降低。随着势函数形状参数的绝对值增加，摩擦和温度都增加。基础温度的升高导致热活化所需的能量降低，因此平均摩擦力降低，系统中的耗散效应降低，界面温度也降低。本文的工作有助于加深对微纳米尺度摩擦传热的理解，可应用于探针制造和测量误差分析。