解决**问题的摩擦学测试

您能否简要介绍一下摩擦学测试及其在 问题中的重要性？

实验室中任何可以测量运动部件摩擦力或磨损的科学仪器都可以称为“摩擦学测试仪”。此类仪器的更大目标是再现真实或“现场”条件下，运行材料的摩擦和磨损机制。 1927 年 Pin on V 块测试仪器发明后，开始了摩擦学测试的系统方法，随之又开发了几种标准化的测试方法。

摩擦学测试仪器分为标准仪器和定制仪器两大类。标准测试仪器符合 ASTM、ISO、DIN、CEC、IP 等组织的规定，主要侧重于测试结果可重复性和再现性的仪器设计和实验方法。标准测试方法并非旨在重现实际/现场操作过程中经历的操作参数和磨损机制。使用定制仪器克服了标准测试仪器的这一缺点。

较近，大众汽车排放问题和强生公司的髋关节置换召回事件表明，测试协议存在故意作弊或测试结果被完全忽略，这将花费数十亿美元。 尽管摩擦学并不是这些问题背后的  原因，但它强调了测试的重要性及其对我们的影响。

我们相信摩擦学测试将确保产品符合行业标准，从而保护我们的环境并提高整体安全性。 存在三个关键的 问题：气候变化、可再生能源和健康老龄化，可以通过技术先进的测试仪器实现较佳研究实践来解决这些问题。

摩擦学测试如何影响气候变化？

运输和采矿是产生导致气候变化的温室气体的两个关于人类活动的例子。二氧化碳、氮氧化物和硫氧化物是在使用汽车、卡车、公共汽车或在采矿中进行钻孔、研磨和挖掘时产生的一些废气。重要的是，燃料中的大部分能量会因摩擦而损失，例如重型车辆（卡车和公共汽车）中燃料总能量的 33% 用于减少运动部件之间的摩擦（来源： Kenneth Holmberg，芬兰 VTT）。因此，摩擦是这个“拯救地球”故事中的反派。然而，摩擦学研究表明，可以使用材料科学领域的尖端技术来控制摩擦。由于这项对摩擦的研究，二氧化碳排放量的净减少是可能的，如图 1 所示，这表明摩擦和磨损与气候变化直接相关。

图 1. 材料的摩擦和磨损与碳排放有关。

摩擦学测试的作用是筛选减摩材料并确定运输和采矿中较合适的候选材料，其结果见表 1。

表 1. Ducom 摩擦学测试仪器和相关标准，用于研究减少摩擦和磨损的材料。

摩擦学测试如何影响可再生能源？ 

大约 20% 的 能源需求由可再生能源满足。 如图 2 所示，2016 年可再生能源总产量为 2017 吉瓦，其中太阳能光伏（PV）和风能的份额分别为 303 吉瓦和 487 吉瓦。 太阳能光伏和风力涡轮机的效率很大程度上取决于它们抵抗风化雨和沙尘暴的能力。

图 2. 2016 年产生的不同可再生能源来源。

安装在沙漠地区的太阳能电池板暴露在沙粒中。这些颗粒撞击会损坏保护光伏 (PV) 的玻璃面板，这个过程称为固体颗粒侵蚀。玻璃面板的腐蚀导致漫反射并降低 36% 的光透射率（Bouzid 等人，J. Eur. Ceram. Soc.，2000，20：481488）。

这对太阳能来说是一个重大打击，因为转换率已经很低，只有 20%。正在开发几种类型的抗腐蚀涂层，以抵抗颗粒冲击并将光学传输率提高到   。 Ducom Air Jet Erosion Tester 在实验室中用于重现沙漠中的固体颗粒动力学和相关的侵蚀机制。该测试方法用于选择可以优化太阳能发电效率的保护涂层。

同样，风力涡轮机叶片的边缘会因雨滴的冲击而损坏，这一过程称为水滴侵蚀。叶片边缘可能会出现小凹坑和分层，这反过来会降低风电场的空气动力学效率。 Sareen 等人的一项研究。 al., (Wind Energy, 17, 2014) 表明涡轮叶片的腐蚀可导致高达 392 MWh/y 的功率损失。 Ducom 水滴侵蚀测试仪可用于实验室模拟现场运行参数（雨滴大小、水滴速度、冲击角度、降雨率等），以测试用于保护涡轮叶片的抗侵蚀涂层。值得一提的是，Ducom 侵蚀测试仪在提高太阳能和风能发电效率方面发挥着关键作用。

摩擦学测试如何影响健康老龄化？ 

由于多项拯救生命的医疗创新，平均预期寿命正在增加，但寿命更长并不一定与更健康的生活相关。 健康老龄化的一个基本概念是在老龄化过程中提供更好的生活质量。 一些影响生活质量的因素来自与生物材料相关的感染；干燥综合征——口腔、眼睛和关节的干燥以及消费者护理产品的质量。 在这些情况下，摩擦和磨损起着重要作用，生物材料的磨损是导致植入物失效的主要问题。 无法维持口腔和眼睛的自然润滑会导致干燥综合征患者的社交生活不佳，使用消费品后的皮肤刺激也与高摩擦和有限的感官知觉有关。