通讯员：杨柳
近期，武汉大学土木建筑工程学院教授欧阳稳根团队在范德华界面力学与热输运模拟、微纳界面超滑等领域取得重要进展。相关基础理论研究发表于固体力学顶刊《固体力学与物理学杂志》（Journal of the Mechanics and Physics of Solids）与计算化学权威期刊《化学理论与计算杂志》（Journal of Chemical Theory and Computation），武汉大学为第一署名单位。同时，基于该计算框架的前沿合作成果接连发表于《纳米快报》（Nano Letters）、《先进材料》（Advanced Materials）和《自然·通讯》（Nature Communications）等期刊，武汉大学均为共同通讯单位。
方法突破：模块化混合框架化解范德华异质结构模拟“维数灾难”
针对传统力场无法准确模拟范德华异质结构复杂界面特性的难题，欧阳稳根团队创新提出了sMLP+ILP混合势场模拟方法，将层内机器学习势与层间各向异性势解耦，实现“搭乐高”式模块化建模（图1），并开发了相应计算装置。该框架有效破解了纯机器学习势在处理多层、多组分体系时训练数据量随层数爆炸式增长的“维数灾难”，计算精度接近第一性原理，效率媲美经验力场，在单张RTX4090卡上模拟规模达百万原子，解决了长程范德华相互作用准确描述这一长期难题。相关技术已申请发明专利，并集成至LAMMPS、GPUMD等国际开源平台，为范德华材料体系的理性设计提供了可靠计算工具。
图1.sMLP+ILP混合势函数框架概念图
该方法框架发表于《JMPS》，武汉大学硕士生卜河凯、博士生姜文武为论文共同第一作者，欧阳稳根与西安交通大学副教授应鹏华为共同通讯作者。应用该框架研究范德华界面热输运行为的成果发表于《JCTC》并被选为当期封面，姜文武、卜河凯和香港中文大学博士生梁挺为论文共同第一作者，欧阳稳根为通讯作者。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jmps.2026.106540；
https://doi.org/10.1021/acs.jctc.5c01950
前沿应用：微纳界面摩擦与润滑的理性设计
欧阳稳根团队与清华大学教授李群仰实验团队合作，研究了扭转双层石墨烯表面摩擦随转角变化的规律。实验系统测量了0.3°–10.8°范围内的摩擦行为，发现侧向力调制幅度和平均摩擦力均呈现非单调角度依赖性，但二者峰值对应的转角不同：侧向力调制幅度在约3.0°达到最大，而平均摩擦力在约1.2°达到峰值。进一步结合分子动力学模拟揭示了相关机制，该现象主要源于云纹超结构中“局部刚度”与“原子重构”的微观角逐。不同转角下界面局部结构和力学响应存在显著差异，从而改变了探针滑动过程中的变形积累、释放及能量耗散路径。清华大学博士研究生朱孟桢与武汉大学博士研究生王森为论文的共同第一作者，李群仰、欧阳稳根与浙江大学研究员张帅为共同通讯作者。
论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.6c00305
图2.扭转双层石墨烯平均摩擦力的非单调角度依赖性
针对结构超滑在宏观高压和潮湿环境中极易失效的工程难题，欧阳稳根团队与中国科学院兰州化学物理研究所研究员吉利团队合作，将高精度混合计算框架创新性地应用于复杂宏观接触界面的跨尺度力学设计。通过提出跨尺度协同润滑策略，将非晶态DLC与MoS₂/MXene相结合，精准揭示了非晶/晶体异质界面通过保持“永久非公度接触”从根本上消除原子互锁，并借助高强韧结构有效抑制界面形变与摩擦氧化的协同微观机制。该研究在12.7 GPa极高接触压力及潮湿大气（40% RH）环境中，实现了摩擦系数仅0.008的稳定宏观超滑，成功跨越了超滑技术从纳米理想模型到工业实际应用的鸿沟。相关研究成果以“Engineering-Grade Macroscale Superlubricity Under Ultrahigh Contact Pressure in Atmospheric Air via Multiscale Synergistic Meta-Interfaces”为题发表在《先进材料》上。中国科学院兰州化学物理研究所博士生王婉与武汉大学博士生丁子峻为论文共同第一作者，吉利、欧阳稳根与中国科学院兰州化学物理研究所助理研究员李畔畔为论文共同通讯作者。
论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202520241
图3.跨尺度协同超润滑机制示意图
欧阳稳根团队与吉利团队合作，研究了Cu/C纳米复合自润滑薄膜的智能润滑机制。实验结果表明，摩擦热可诱导铜纳米颗粒发生固–液相变，并沿薄膜内部纳米孔道迁移至摩擦界面，进一步催化形成低摩擦有序碳纳米结构。结合分子动力学模拟和第一性原理计算，团队进一步揭示了其微观机制：熔融铜纳米颗粒可在纳米孔道压力梯度驱动下定向迁移，同时通过削弱局部C–C键，促进非晶碳向有序sp²碳结构转变。实验与模拟共同阐明了“高摩擦—摩擦热—金属迁移—界面催化重构—低摩擦”的智能反馈回路。基于这一机制，薄膜在高真空环境下实现了约0.04的超低摩擦系数和超过40 km的超长耐磨寿命。相关研究成果以“A biomimetic feedback loop for sustaining self-lubrication and wear resistance”为题发表在《自然·通讯》上。中国科学院兰州化学物理研究所博士研究生康富燕、武汉大学博士研究生邓仕林与李畔畔为论文共同第一作者，吉利、欧阳稳根与中国科学院兰州化学物理研究所研究员李红轩为共同通讯作者。
论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-73957-6
图4.Cu/C薄膜的智能润滑行为及实时观测
相关研究工作得到了国家自然科学基金、武汉大学高层次引进人才启动资金等项目的资助。相关计算工作依托武汉大学超算中心及国家超级计算天津中心完成。
