CN104321549B - 具有摩擦防止功能的装置及制造其的方法 - Google Patents

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Abstract

具有摩擦防止功能的装置和制造其的方法。所述装置包括：第一物体；与第一物体间隔开并且面对第一物体的第二物体；以及配备在第一和第二物体之一的表面上的多个带电纳米颗粒，其中电势差被形成在第一和第二物体之间。纳米颗粒带正电并且附着于第一物体和第二物体中具有更低电势的一个上。纳米颗粒带负电并且附着于第一物体和第二物体中具有更高电势的一个上。

Description

具有摩擦防止功能的装置及制造其的方法
技术领域
本公开涉及与摩擦相关的装置，更具体地，涉及具有摩擦防止功能的装置和制造该装置的方法。
背景技术
滚动、旋转或者线性地移动的物体接触另一个相关的物体，于是产生这两个物体之间的摩擦。对于物体的启动操作和停止操作，这样的摩擦是必需的。然而，摩擦可以是阻碍运动物体的连续运动的因素。
物体的运动过程中产生的摩擦产生热，所述热不仅可以影响所述运动物体，还可以影响与所述运动物体相关的其它物体。
因此，润滑油或者润滑脂可以被使用以减小摩擦。然而，润滑油和润滑脂对环境有害。而且，通过使用润滑油或者润滑脂，不能完全消除摩擦。随着时间流逝，润滑油和润滑脂具有更差的性能，因此润滑油或者润滑脂的效能随着时间流逝而降低。
发明内容
技术问题
提供一种利用电的方法具有摩擦防止功能的装置。
还提供一种制造所述装置的方法。
技术方案
根据本发明的一方面，一种具有摩擦防止功能的装置，该装置包括：第一物体；与第一物体间隔开并且面对第一物体的第二物体；以及配备在第一和第二物体之一的表面上的多个带电的纳米颗粒，其中在第一物体和第二物体之间形成电势差。
纳米颗粒可以带正电，并且可以附着于第一和第二物体中具有较低电势的一个上。
纳米颗粒可以带负电，并且可以附着于第一和第二物体中具有较高电势的一个上。
每个纳米颗粒可以包括具有充电电荷的芯和围绕芯的壳。
所述装置可以进一步包括材料膜，所述材料膜覆盖纳米颗粒并且填充纳米颗粒之间的间隙。
第一物体可以具有外圆周表面，并且第二物体可以围绕所述外圆周表面。
第一物体可以是平板，并且第二物体可以是在所述平板上移动的托板。
第一物体可以是导轨，并且第二物体可以围绕所述导轨。
第一和第二物体可以在第一和第二物体彼此面对的部分中包括导电层。
所述材料膜可以是油漆或胶。
第一物体可以是导电的管，并且第二物体可以是在所述管内移动的可移动主体。
所述管可以是枪筒或炮管，第二物体可以是子弹或大炮弹丸。
纳米颗粒可以均匀地分布，或者可以仅在多个互相间隔开的区域中均匀地分布。
根据本发明的另一方面，一种制造一装置的方法，所述方法包括：将多个纳米颗粒附着到第一物体上；布置第二物体以跨纳米颗粒面对第一物体；对纳米颗粒充电；以及在第一和第二物体中形成用于防止摩擦的电势差。
每个纳米颗粒可以包括具有充电电荷的芯和围绕芯的壳。
纳米颗粒的充电可以包括在第一和第二物体之间形成大于用于防止摩擦的电势差的电势差。
纳米颗粒的附着可以包括形成材料膜，所述材料膜覆盖纳米颗粒并且填充纳米颗粒之间的间隙。
根据本发明的另一方面，一种制造一装置的方法，所述方法包括：对纳米颗粒充电；将带电的纳米颗粒附着到第一物体上；布置第二物体以跨纳米颗粒面对第一物体；以及在第一和第二物体中形成用于防止摩擦的电势差。
每个纳米颗粒可以包括具有充电电荷的芯和围绕芯的壳。
纳米颗粒的附着可以包括形成材料膜，所述材料膜覆盖纳米颗粒并且填充纳米颗粒之间的间隙。
有益效果
根据本发明一实施方式的具有摩擦防止功能的装置使用带电的纳米颗粒，而不使用润滑油或润滑脂，并且通过使用向涉及摩擦的两个物体施加DC电压的电的方法来防止两个物体之间的摩擦。
因此，所述具有摩擦防止功能的装置可以是环境友好的。
此外，由于摩擦通过简单地施加DC电压来控制，所以可以长期维持恒定的性能，并获得优异的能效。
附图说明
图1A至2C是模拟图，所述模拟图用于描述应用于根据本发明一实施方式的具有摩擦防止功能的装置的基本原理；
图3是根据本发明一实施方式的，用于具有摩擦防止功能的装置的纳米颗粒的横截面图；
图4至7是根据本发明实施方式的具有摩擦防止功能的装置的横截面图；
图8是图6所示的包括纳米材料膜而不是纳米颗粒的装置的横截面图；
图9是图8的区域A1的放大横截面图；
图10是图4所示的包括纳米材料膜而不是纳米颗粒的装置的横截面图；
图11是根据本发明另一实施方式的具有摩擦防止功能的装置的横截面图；
图12是根据本发明一实施方式的具有摩擦防止功能的装置的横截面图，该装置包括被配置成多层结构的纳米颗粒；
图13和14是横截面图，所述横截面图用于说明制造具有摩擦防止功能的装置的一方法；
图15是具有摩擦防止功能的一装置的3维视图；
图16是沿方向16-16'截取的图15的横截面图；
图17是图16的部分的放大截面图；
图18是横截面图，此横截面图示出图15的装置中刹车被启动或者车辆的引擎被停止时外壳和转子的状态；
图19是横截面图，此横截面图示出图15的装置中允许摩擦防止功能被执行的电压施加条件；
图20是横截面图，此横截面图示出图15的装置中允许刹车被启动的电压施加条件。
优选方式
根据本发明的一方面，一种具有摩擦防止功能的装置包括：第一物体；与第一物体间隔开并且面对第一物体的第二物体；以及设置在第一和第二物体之一的表面上的多个带电纳米颗粒，其中在第一和第二物体之间形成电势差。
根据本发明的另一方面，一种制造具有摩擦防止功能的装置的方法包括：在第一物体上附着多个纳米颗粒；配置第二物体从而跨纳米颗粒面对第一物体；对纳米颗粒充电；以及在第一和第二物体中形成用于防止摩擦的电势差。
根据本发明的另一方面，一种制造具有摩擦防止功能的装置的方法包括：对纳米颗粒充电；将带电的纳米颗粒附着到第一物体上；配置第二物体从而跨纳米颗粒面对第一物体；以及在第一和第二物体中形成用于防止摩擦的电势差。
具体实施方式
以下，将通过参照附图说明本发明的多个示例性实施方式来详细描述本发明。附图中，为了清楚，层和区域的厚度被夸大。
图1A至2C是模拟图，所述模拟图用于描述应用于根据本发明一实施方式的具有摩擦防止功能的装置的基本原理。
图1A和1B是模拟图，所述模拟图用于说明带正电的点颗粒14在第一和第二平板10和12之间的，取决于点颗粒14的初始位置的运动，第一和第二平板10和12彼此平行并且被施以直流(DC)电压。
这里，点颗粒14可以指不在内部具有如同电子、质子、正电子等等的结构的颗粒。图1中，点颗粒14可以是正电子。
参见图1A，第一平板10和第二平板12彼此面对，并且彼此以预定距离H1间隔开。第一和第二平板10和12是导体。第一和第二平板10和12与电源16连接。电源16可以是DC电源。第一平板10与电源16的正电极连接。第二平板12与电源16的负电极连接。第一和第二平板10和12之间的区域被划分成第一区域B1和第二区域B2。第一和第二区域B1和B2之间的边界18以第一长度L1与第一平板10间隔开。第一区域B1是第一平板10和边界18之间的区域，第二区域B2是边界18和第二平板12之间的区域。边界18的位置可以根据电源16的大小等等改变。
与离第二平板12相比较，边界18可以离第一平板10更近。
图1A中，当带正电的点颗粒14在初始阶段位于第二区域B2内时，点颗粒14向第二平板12移动，从而附着于第二平板12。
如图1B所示，如果点颗粒14在初始阶段位于第一区域B1内，那么即使点颗粒14带正电，点颗粒14仍向第一平板10移动，从而附着于第一平板10。原因是：当点颗粒14位于第一区域B1中时，由于点颗粒14的存在而产生负感生电荷，于是点颗粒14与负感生电荷之间的引力比点颗粒14与第一和第二平板10和12之间根据借助于电源16的电能的施加产生的电场之间的排斥力更强。另一方面，在第二区域B2中，电场与点颗粒14之间的排斥力比点颗粒14与负感生电荷之间的引力更强。因此，当点颗粒14位于第二区域B2中时，点颗粒14向第二平板12移动，从而附着于第二平板12，如图1A所示。
当点颗粒14带负电，而不是带正电时，即当点颗粒14是电子时，点颗粒14的取决于点颗粒14的位置的运动与点颗粒14带正电时的情形相反。
当图1的点颗粒14是例如纳米颗粒的具有内部结构的颗粒时，所述纳米颗粒的运动发生改变。图2A至2C示出位于第一和第二平板10和12之间带正电的纳米颗粒30的运动。
在图2A至2C中，第一和第二平板10和12之间的区域被划分成第一至第三区域C1至C3。第一区域C1和第二区域C2之间的第一边界20以第一长度L11与第一平板10间隔开。第二区域C2和第三区域C3之间的第二边界22位于第一边界20和第二平板12之间，并且以第二长度L22与第一边界20间隔开。
图2A示出初始阶段的带正电的纳米颗粒30的运动。附图标记E1代表第一和第二平板10和12之间由于借助于电源16的电能的施加产生的电场。而且，在纳米颗粒30的中央示出的标记“+”是人工电荷，例如由于附加电压的施加而充入的电荷。分布在纳米颗粒30的表面下面的正电荷(+)和负电荷(-)被电场E1感应出，并且是退极化电荷。于是，由于所述退极化电荷，在纳米颗粒30内，电场E1可以被抵消。在所述退极化电荷中，正电荷分布在纳米颗粒30的面对具有相对低的电压的第二平板12的表面上，负电荷分布在纳米颗粒30的面对具有相对高的电压的第一平板10的表面上。
参见图2A，位于第三区域C3中的纳米颗粒30通过第一和第二平板10和12之间的电场E1向第二平板12移动，从而附着于第二平板12。当带正电的纳米颗粒30位于第一和第二平板10和12之间时，充入纳米颗粒30内的电荷在第一和第二平板10和12中感应出负电荷(-)。当充在纳米颗粒30内的电荷是负电荷时，在第一和第二平板10和12中感应出正电荷。
如图2B所示，在初始阶段，纳米颗粒30可以位于第二区域C2中。第二区域C2是与图1A的第一区域B1对应的区域。在第二区域C2中，强引力施加在充在纳米颗粒30中央的电荷与第一平板10中被充在纳米颗粒30中央的电荷感应出的负电荷(-)之间。所述引力与1/r2成比例，其中“r”代表第一平板10与纳米颗粒30之间的距离。即使位于第二区域C2中的纳米颗粒30处于电场E1中，纳米颗粒30也向第一平板10移动，即在与电场E1相反的方向上移动，而不是向第二平板12移动。当如图2C所示，纳米颗粒30位于第一区域C1中时，强排斥力(以下称为第一排斥力)施加在第一平板10中感应出的负电荷(-)与纳米颗粒30的表面中感应出的负电荷之间。第一排斥力与1/r3成比例。于是，在第一区域C1中，随着纳米颗粒30与第一平板10之间的距离减小，第一排斥力急剧地增大。因此，纳米颗粒30可以不接触第一平板10，于是纳米颗粒30移离第一平板10，并且向第二区域C2移动。在第二区域C2中，因为引力强，所以纳米颗粒30向第三区域C3移动。因此，纳米颗粒30通过在第一区域C1和第二区域C2之间移动而振动。纳米颗粒30的表面中感应出的电荷起因于电场E1，电场E1的大小与第一和第二平板10和12之间的电势差成比例，所述电势差起因于电源16。于是，通过调整施加在第一和第二平板10和12之间的DC电压，纳米颗粒30和第一平板10之间的接触可以被防止和控制，这表明可以通过在第一和第二平板10和12之间简单地施加DC电压来防止和控制第一和第二平板10和12之间的接触。例如，当纳米颗粒30附着于第二平板12的表面时，通过维持第一和第二平板10和12之间的等于或者小于第一长度L11与第二长度L22的和(L11+L22)的距离H1，可以防止第一和第二平板10和12之间的摩擦，并且可以控制接触的程度。
纳米颗粒30被包覆有绝缘材料，以维持纳米颗粒30的电荷分布。纳米颗粒30的包覆可以使用各种各样的方法中的任何方法。
以下，将描述利用上述原理的根据本发明多个实施方式的具有摩擦防止功能的装置。
图3是根据本发明一实施方式的，用于具有摩擦防止功能的一装置的纳米颗粒40的横截面图。纳米颗粒40包括导电的芯40a和围绕芯40a的壳40b。壳40b可以是例如铝氧化物或者硅氧化物。壳40b保护充在芯40a内的电荷(+)和芯40a的表面上的退极化电荷(+、-)。于是，壳40b的厚度可以被设置，以适合于壳40b的保护功能。在芯40a的四周，壳40b的厚度可以是均匀的。芯40a可以相应于参照图2A至2C描述的纳米颗粒30。芯40a可以是例如纳米尺寸的铝(Al)颗粒。如用纳米颗粒40的情形中那样，以下描述的“纳米颗粒”指具有几纳米和数百纳米之间的范围内的直径的颗粒。为了图示和说明的方便，纳米颗粒40被显示为一个圆。
图4示出根据本发明一实施方式的具有摩擦防止功能的一装置(以下称为第一装置)。
参见图4，第一装置在其中心包括具有预定直径的轴44。第一装置包括围绕轴44的圆筒形结构42。圆筒形结构42平行于轴44。圆筒形结构42和轴44是导体，并且彼此间隔开。在轴44的周围，圆筒形结构42和轴44之间的间隙可以是均匀的。所述间隙可以小于参照图2A至2C描述的第一长度L11与第二长度L22的和(L11+L22)。所述间隙的条件可以被用于以下将描述的其它装置。圆筒形结构42可以是绕轴44旋转的旋转体。相反，圆筒形结构42可以被固定，而轴44可以旋转。圆筒形结构42的转动轴可以与轴44的中心相同。圆筒形结构42可以是绕轴44的中心旋转的旋转体，或者可以是沿轴44移动的物体。圆筒形结构42和轴44的材料可以与常规机械装置中使用的旋转体及其轴的材料相似或者相同。多个纳米颗粒40被布置在轴44和圆筒形结构42之间。纳米颗粒40在轴44的外圆周表面上均匀地分布。轴44与电源48的正电极(端子)连接，圆筒形结构42与电源48的负电极(端子)连接。电源48可以是DC电压源。参照图2A至2C描述的原理适用于每个纳米颗粒40。于是，因为在第一装置中圆筒形结构42和轴44彼此不接触，所以圆筒形结构42与轴44之间的摩擦可以被防止。同样地，因为可以通过使用纳米颗粒40和施加DC电压简单地防止摩擦，所以不必使用通常使用的润滑油或者润滑脂。在这点上，第一装置可以是环境友好的，并且这可以适用于将被描述的其它装置。而且，因为不直接施加电流来防止摩擦，所以高效率可以被维持，同时即使使用常规电池，所述装置也可以被长时间使用。
虽然图中未示出，但是纳米颗粒40可以在圆筒形结构42的内圆周表面上均匀地分布，而不是在轴44的外圆周表面上。当纳米颗粒40分布在圆筒形结构42的内圆周表面上时，圆筒形结构42和轴44相对于电源48按照与图4中示出的方式相反的方式彼此连接。而且，即使当充在纳米颗粒40的中央的电荷是负电荷，而不是正电荷时，圆筒形结构42和轴44相对于电源48按照与图4中示出的方式相反的方式彼此连接。
另一方面，即使纳米颗粒40在轴44的整个外圆周表面上均匀地分布，纳米颗粒40也可以如图5所示那样，仅在轴44的部分外圆周表面上分布。图5中，施加于轴44和圆筒形结构42的DC电压相比于图4情况下的DC电压可以被增大。
图6示出根据本发明另一实施方式的具有摩擦防止功能的装置(以下称为第二装置)。
参见图6，第二装置包括固定的第一物体50和沿第一物体50可移动的第二物体52。第一物体50和第二物体52是彼此间隔开的导体。第一和第二物体50和52可以完全是导体，或者可以不完全是导体。例如，第一和第二物体50和52的彼此面对的部分可以是导体，并且第一和第二物体50和52的剩余的部分可以不是导体。第一物体50可以是线状导轨。第一物体50的横截面可以具有矩形形状，或者第一物体50的横截面可以具有半圆形形状或者三角形形状。多个纳米颗粒40可以附着于第一物体50的面对第二物体52的表面。纳米颗粒40可以在第一物体50的整个所述表面上均匀地分布。虽然在图6中纳米颗粒40互相间隔开，但是每个纳米颗粒40包括具有绝缘性能的壳40b，如图3所示，于是纳米颗粒40可以彼此接触。第二物体52被形成来围绕第一物体50的粘附纳米颗粒40的表面。第二物体52可以是机器(例如车辆或者火车)的在第一物体50之上移动的部件。第二物体52的内表面可以变形来与第一物体50的表面的形状相应。第一和第二物体50和52可以与DC电压电源56连接。电源56的正电极和负电极分别与第二物体52和第一物体50连接。
虽然图6中未示出，但是纳米颗粒40可以附着于第二物体52的内表面，而不是第一物体50的表面。这里，电源56的连接按照与图6中示出的方式相反的方式进行。
图7示出根据本发明另一实施方式的具有摩擦防止功能的装置(以下称为第三装置)。
参见图7，第三装置包括下部结构80、上部结构82和多个纳米颗粒40。下部结构80是固定的，并且可以是具有预定长度的平板。下部结构80的顶表面可以是平的。纳米颗粒40附着于下部结构80的顶表面。上部结构82可以是在下部结构80之上移动的物体，或者可以是托板(carrier)。为了图示的方便，图7中上部结构82被显示为平板。于是，上部结构82的形状可以根据预定的用途改变。下部和上部结构80和82可以是导体。下部和上部结构80和82可以完全是导体，或者下部和上部结构80和82的摩擦的防止所需的部分可以是导体。例如，在下部结构80的情况下，导电层可以仅配置在下部结构80的顶表面上，在上部结构82的情况下，导电层可以仅配置在上部结构82的底表面上。DC电压电源86与下部和上部结构80和82连接。下部结构80和上部结构82分别连接到电源86的负电极端子和正电极端子。当电源86处于连通状态时，上部结构82被维持在非接触状态。即，上部结构82被配置在下部结构80上方，而不接触下部结构80。在此状态下，如果力被水平地施加于上部结构82，则上部结构82可以被轻易地水平移动，而没有与下部结构80的摩擦。纳米颗粒40可以附着于是可动主体的上部结构82，而不是被布置在下部结构80中。此时，电源86的连接按照与图7中示出的方式相反的方式进行。
虽然图4至7中未示出，但是粘合层可以形成在粘附纳米颗粒40的表面上，并且纳米颗粒40可以附着于所述粘合层。
图8示出根据本发明另一实施方式的具有摩擦防止功能的装置(以下称为第四装置)。
参见图8，除了纳米材料膜60被包覆在第一物体50的表面上之外，第四装置可以与参照图6描述的第二装置相同。图9是图8的包括部分纳米材料膜60的区域A1的放大横截面图。
参见图9，纳米材料膜60包括多个纳米颗粒40和覆盖纳米颗粒40的材料膜70。材料膜70将纳米颗粒40贴附到第一物体50上以固定纳米颗粒40。材料膜70可以是绝缘材料，并且其表面可以是平的。材料膜70可以是油漆或者胶。于是，可以通过将纳米颗粒40与油漆或者胶混合，揉和它们，将产物涂敷在第一物体50的表面上，以及干燥所述产物，形成纳米材料膜60。
图10示出一情形，其中取代纳米颗粒40，纳米材料膜60被涂敷在轴44的外圆周表面上。在图5和7示出的装置中，可以设置纳米材料膜60，而不是纳米颗粒40。即使当提供纳米材料膜60而不是纳米颗粒40时，纳米材料膜60也可以被涂敷在面对原表面的另一表面上，而不是被涂敷在原表面上。
图11示出根据本发明另一实施方式的具有摩擦防止功能的装置(以下称为第五装置)。
参见图11，第五装置包括具有预定长度的管90和通过管90被释放或发射的可动主体92。管90可以是金属管或者是导电层被涂敷在其内表面上的非金属管。而且，管90可以是个人武器的枪筒，或者可以是大炮或者坦克的炮管。如果管90是枪筒或者炮管，则可动主体92可以是诸如子弹或者大炮弹丸的发射物。DC电源96被连接到管90和可动主体92。电源96的正电极端子和负电极端子分别与管90和可动主体92连接。如果可动主体92是发射物，则可动主体92被释放到管90外，同时可动主体92和电源96之间的连接丧失。多个纳米颗粒40可以附着于管90的内表面。此时，按照相反的方式进行电源96的连接。替代地，可以设置纳米材料膜60，而不是纳米颗粒40。
虽然上述装置的纳米颗粒40被配置成附着于表面的单层结构，但是多个纳米颗粒40可以如图12所示那样被配置成附着于物体100的表面的多层结构。虽然图12示出被配置成双层结构的纳米颗粒40，但是本发明不局限于此。
以下，将描述根据本发明多个实施方式的制造具有摩擦防止功能的装置的方法。
参见图13，多个纳米颗粒40附着于第一物体110的一表面。第二物体120被布置来跨纳米颗粒40面对第一物体110。接下来，第一电压VH被施加在第一和第二物体110和120之间。电子由于第一电压VH的施加而从纳米颗粒40放出，纳米颗粒40的净电荷变成正电荷(+)。因此，纳米颗粒40带正电(正电荷被形成在图3的芯40a的中央的状态)。电子放出的程度可以通过调整第一电压VH来控制。
接下来，如图14所示，第二电压VL被施加在第一和第二物体110和120之间。第二电压VL被施加来防止摩擦，并且第二电压VL感应出图3的芯40a的表面上的电荷(+、-)。第二电压VL可以比第一电压VH低。在第二电压VL被施加之前，或者在第二电压VL被施加时，第一和第二物体110和120之间的间隙可以被维持为等于或者小于图2A至2C中示出的第一长度L11和第二长度L22的和(L11+L22)。
如上所述，纳米颗粒40可以在纳米颗粒40粘附到第一物体110上之后被充电，或者可以在纳米颗粒40被粘附到第一物体110上之前被充电。换句话说，已充电的纳米颗粒40可以被粘附到第一物体110上。而且，可以在第一物体110上涂敷参照图8描述的纳米材料膜60，而不是纳米颗粒40。纳米材料膜60可以按照与纳米颗粒40相同的方式被充电。
图15示出具有摩擦防止功能的一种装置(以下第六装置)的3维视图。
参见图15，第六装置包括具有预定长度的旋转轴200和围绕旋转轴200的外壳202。轮座204被提供在旋转轴200的两端。诸如轮胎的轮子可以被安装在轮座204上。
旋转轴200可以是车辆的多个驱动轴之一。外壳202围绕旋转轴200的大部分。外壳202被固定到车身上。车身位于外壳202上方。旋转轴200和外壳202包括刹车系统。摩擦防止功能被用于刹车系统。当车辆正在开动时，在刹车系统中摩擦防止功能被运用，从而旋转轴200不接触外壳202。当车辆被停止或者在开动期间车辆的速度需要减小时，摩擦防止功能可以被适当地控制，从而外壳202接触旋转轴200。外壳202和旋转轴200之间的接触指刹车动作。摩擦防止功能和刹车动作可以根据电压的大小被加强。适当地控制摩擦防止功能可以指调整施加于刹车系统的电压。
接下来，将参照图16描述外壳202和刹车系统的结构。图16是图15的沿方向16-16'截取的横截面图，其示出施加电压从而摩擦防止功能被执行的状态，即车辆的刹车不启动的状态。
参见图16，旋转轴200被顺序层叠的第一和第二层210和212围绕。第一和第二层210和212随着旋转轴200一起旋转。旋转轴200以及第一和第二层210和212被称为转子。旋转轴200的外圆周表面被第一层210覆盖。第一层210的外圆周表面被第二层212覆盖。第一层210是绝缘层。第二层212是导电层。例如，第一层210可以是橡胶层、硅氧化物层(例如SiO2层)或者铝氧化物层(例如Al2O3层)。第一层210可以将第二层212与旋转轴200电绝缘，并且固定第二层212至旋转轴200。例如，第二层212可以是汽车钢(即工业钢)或者耐磨导体(即具有大耐磨系数的导体)。外壳202围绕转子。然而，间隙220位于外壳202和转子之间。即，外壳202与转子间隔开。因此，当在车辆中执行摩擦防止功能时，转子可以旋转，而没有与外壳202的摩擦。间隙220的大小，即外壳202和转子之间的距离，可以是例如约0.1mm至约5mm。如果如图16所示其它材料层在外壳202之内，则所述距离等于转子与所述其它材料层之间的距离。转子穿过的通道P1形成在外壳202中。通道P1的内表面被第三层218覆盖。第三层218是绝缘层，该绝缘层可以是例如硅氧化物层(例如SiO2层)或者铝氧化物层(例如Al2O3层)。第三层218可以将外壳202与第四和第五层216a和216b电绝缘，并且将第四和第五层216a和216b固定至外壳202。第三层218包括第一和第二突起218a和218b。第一和第二突起218a和218b从第三层218朝向通道P1的中心突出预定长度。第一和第二突起218a和218b可以具有相同的长度。第一和第二突起218a和218b的末端接触间隙220。第一和第二突起218a和218b可以彼此面对，使转子在其间。第一和第二突起218a和218b可以位于通道P1的直径上。第四和第五层216a和216b被设置在第三层218上。即，第三层218的内表面的一部分可以被第四层216a覆盖，剩余部分可以用第五层216b覆盖。第四和第五层216a和216b可以是由相同的材料或者不同的材料形成的导电层。第三层218的内表面的所述部分可以是在第一和第二突起218a和218b上方的部分。第三层218的内表面的所述剩余部分可以是在第一和第二突起218a和218b之下的部分。第四层216a和第五层216b通过第一和第二突起218a和218b彼此物理地隔开。详细地，如果第一和第二突起218a和218b被设置在第四层216a和第五层216b之间，则第一和第二突起218a和218b的各突出长度比第四和第五层216a和216b的各厚度大。电压被施加，以防止第二层212与第四和第五层216a和216b之间的摩擦，或者防止刹车被启动。这将在下面描述。第六层214被设置在第四和第五层216a和216b上。换句话说，第四和第五层216a和216b的内表面被第六层214覆盖。第六层214包括可以被充电的颗粒。所述颗粒彼此绝缘。第六层214可以是包括所述颗粒的油漆或者胶。第六层214可以根据车辆的操作执行摩擦防止功能，或者用来启动刹车。第六层214被分成覆盖第四层216a的内表面的部分和覆盖第五层216b的内部的部分。所述两个部分被第一和第二突起218a和218b隔开。第六层214可以比第四和第五层216a和216b薄。第六层214的内表面与第二层212的外圆周表面间隔开。第六层214的内表面与第二层212的外圆周表面之间的距离成为外壳202与转子之间的间隙220。顺序层叠的层(218、216a、216b和214)、外壳202和通道P1可以称为外壳。
图17是图16的区域A11的放大截面图，区域A11包括部分第二层212、部分间隙220、部分第四层216a和部分第六层214。
参见图17，第六层214包括电介质层214a和颗粒214b。颗粒214b散布在电介质层214a中，彼此不接触。当车辆的引擎停止时，或者当刹车启动时，电介质层214a可以接触转子。因此，电介质层214a可以是因与转子的摩擦导致的磨损较少的材料层，即具有大耐磨系数的材料层。电介质层214a可以是例如硅氧化物层或者铝氧化物层。电介质层214a也可以是CNx。颗粒214b可以是可充电并且通过外部磁场被极化的材料，诸如原子、分子或者纳米颗粒。例如，颗粒214b可以是铝(Al)、金(Au)或者硅(Si)。或者，每个颗粒214b可以由多个原子的组、多个分子的组或者多个纳米颗粒的组形成。而且，每个颗粒214b可以具有如图3所示的芯壳结构，并且在此情形下，在电介质层214a中颗粒214b可以彼此接触。
图18示出第六装置中刹车启动或者车辆的引擎停止时外壳202和转子300的状态。
参见图18，转子300可以接触第六层214。由于该接触，转子300的旋转能可以减少(减速)，或者转子300可以停止旋转。如果刹车被释放或者车辆被启动，则转子300可以与第六层214分离。然后，转子300和第六层214可以处于如图16所示的非接触状态，于是摩擦可以被防止。转子300和第六层214之间的接触和分离可以根据施加到转子300以及外壳202的第四和第五层216a和216b的电压的条件确定。这将参照图19和20描述。
图19示出第六装置中允许摩擦防止功能被执行的电压施加条件。为了方便起见，在图19中仅示出第六装置的与摩擦防止功能相关的部分。图19中，附图标记232标示的元件代表图16的旋转轴200和第一层210。
参见图19，电压VT被施加到第二层212，电压V1被施加到第四层216a，电压V2被施加到第五层216b。电压VT、V1和V2之间的关系满足VT>V1＝V2。在这样的电压施加条件下，电场E在第二层212与第四和第五层216a和216b之间产生。当电场E穿过第六层214时，极化电荷214a和214b可以在第六层中产生，极化电荷214a和214b产生抵消电场E的电场。因此，负电荷214b分布在第六层214的内表面上，即面对第二层212的表面。而且，正电荷214a分布在第六层214的外圆周表面上，即接触第四和第五层216a和216b的内表面的表面上。而且，由于因同样的原因穿过第六层214的电场E，极化电荷230b和230c产生在第六层214中的颗粒230的表面上。在颗粒230上的极化电荷230b和230c中，负电荷230c靠近第六层214的内表面产生，正电荷230b靠近第六层214的外圆周表面产生。颗粒230额外地包括不同于极化电荷230b和230c的电荷230a。电荷230a是净电荷。电荷230a是正电荷。电荷230a可以通过在施加用于产生电场E的电压之前，额外地在第二层212与第四和第五层216a和216b之间施加电压来形成。由于颗粒230中的电荷230a，在第二层212的表面上产生感生电荷212a。感生电荷212a是负电荷。根据这样的电荷分布，可以在第二层212的表面上的感生电荷212a与第六层214中的颗粒230中感生的负电荷230c之间产生排斥力。随着第二层212与第六层214之间的间隙220在尺寸方面减小，排斥力增大。因此，除非从一个方向施加强的力，否则围绕第二层212的圆周的间隙220可以一致。因此，因为第二层212与第六层214之间的间隙220在上述电压施加条件下得以维持，所以第二层212与第六层214之间的摩擦可以被防止。
第六层214可以不设置在第四和第五层216a和216b的内表面上，而是被设置为覆盖转子的表面，即第二层212的表面。在此情形下，电压施加条件可以满足VT<V1＝V2，然而，如果电荷230a是负电荷，则电压施加条件可以保持为VT>V1＝V2。
图20示出第六装置中允许刹车被启动的电压施加条件。为了方便起见，图20中仅示出第六装置的与刹车动作相关的部分。图20中，附图标记232标示的元件代表图16的旋转轴200和第一层210。
参见图20，电压VT被施加到第二层212。电压V1被施加到第四层216a，电压V2被施加到第五层216b。电压VT、V1和V2之间的关系满足V1>VT>V2。由于这样的电压施加，产生从第四层216a至第二层212的第一电场E11，并且产生从第二层212至第五层216b的第二电场E22。第一电场E11穿过第六层214。因此，可以在第六层214的对应于第四层216a的区域产生极化电荷214c和214d，极化电荷214c和214d产生抵消第一电场E11的电场。在极化电荷214c和214d中，负电荷214c分布在第六层214的接触第四层216a的内表面的表面上。此外，正电荷214d分布在第六层214的覆盖第四层216a的内表面上。由于第一电场E11导致的极化电荷230d和230e也在分布在第六层214的对应于第四层216a的区域中的颗粒230中产生。在极化电荷230d和203e中，负电荷230d可以朝向第四层216a产生，正电荷230e可以朝向第二层212产生。颗粒230额外地包括电荷230a。虽然电荷230a是正电荷，但是电荷230a可以是负电荷。电荷230a可以通过在施加用于产生第一电场E11的电压之前，在第二层212与第四层216a之间施加预定的电压来形成。由于这样的电压，电子可以从每一颗粒230放出，因而每一颗粒230可以具有作为净电荷的正电荷。由于第二层212与第五层216b之间产生的第二电场E22，极化电荷234a和234b可以在第二层212与第五层216b之间设置的第六层234(以下第七层)上产生。第七层234可以由与第六层214相同的材料或者不同的材料形成。在第七层234上的极化电荷234a和234b中，负电荷234a可以产生在第七层234的面对第二层212的表面上，正电荷234b可以产生在第七层234的接触第五层216b的外圆周表面上。由于第二电场E22，可以在第七层234中分布的每个颗粒240中产生极化电荷240b和240c。在极化电荷240b和240c中，负电荷240b可以朝向第二层212产生，正电荷240c可以朝向第五层216b产生。颗粒240额外地包括不同于极化电荷240b和240c的电荷240a。电荷240a可以是正电荷或者负电荷。每个颗粒240中包括的电荷240a可以通过使用与产生第六层214上分布的颗粒230中包括的电荷230a的方法相似的方法来形成。即，电荷240a可以通过在施加用于产生第二电场E22的电压之前，在第二层212和第五层216b之间施加电压来产生。通过第六层214上分布的颗粒230中包括的电荷230a和第七层234上分布的颗粒240中包括的电荷240a，在第二层212的表面上感应出负电荷212a。
如上所述，根据第二层212、第六层214和第七层234的电荷分布，引力被施加在第二层212和第六层214之间，排斥力被施加在第二层212和第七层234之间。因此，第二层212可以移动至第六层214，或者第六层214可以移动至第二层212，于是第二层212和第六层214之间的间隙220可以变窄，而第二层212和第七层234之间的间隙可以变宽。随着在上述电压施加条件下调整电压的大小，第二层212和第六层214之间的接触强度可以被调整。即，第二层212和第六层214之间的摩擦强度可以被调整。例如，施加到第二层212的电压VT可以被维持统一，并且施加到第四层216a的电压V1可以被调整，从而第二层212和第六层214之间的摩擦强度可以被调整。在满足上述电压施加条件同时，施加到第二层212的电压VT和施加到第四层216a的电压V1可以被同时调整。或者，施加到第二层212、第四层216a和第五层216b的电压都可以被调整。
如图19和20所示，根据施加到第二层212、第四层216a和第五层216b的电压的条件，第六装置中第二层212、第六层214和第七层234的接触状态(刹车动作)和非接触状态(刹车松开)可以被确定。而且，当接触时，接触强度可以被调整。因此，转子、围绕转子的第六和第七层214和234、第四和第五层216a和216b、以及第三层218可以使刹车系统成形。
以下描述驱动第六装置的方法。
参看图19和20。
首先，如图19所示，执行用于第二层212的圆周处于非接触状态的操作，即用于第六装置执行摩擦防止功能的操作。具体地，第一电压被施加在第二层212与第四和第五层216a和216b之间，使得净电荷230a和240a在第六和第七层214和234上分布的颗粒230和240中产生。第一电压可以被短暂施加。第一电压可以大于被施加来在第六和第七层214和234以及颗粒230和240上产生极化电荷的电压。在施加第一电压并且在第六和第七层214和234上分布的颗粒230和240中产生净电荷230a和240a之后，电压VT被施加到第二层212，电压V1和V2分别被施加到第四和第五层216a和216b。如上所述，电压VT、V1和V2之间的关系满足VT>V1、VT>V2和V1＝V2。
接下来，为了相对于转子启动刹车，电压VT、V1和V2被调整，使得电压VT、V1和V2满足条件V1>VT>V2。刹车动作的强度可以通过在该条件被满足时调整电压VT、V1和/或V2来调整。
应该理解的是，其中描述的示例性实施方式应当仅在说明的意义上被考虑，而不是为了限制。对每个实施方式中的特征或者方面的说明通常应当被认为是可用于其它实施方式中的其它类似的特征或者方面。
工业应用
根据本发明一实施方式的具有摩擦防止功能的装置可以应用于包括需要防止摩擦和调整摩擦程度的装置——例如旋转装置和其中进行一个构件的线性运动或往复线性运动的装置——的装置(例如各种运载装置、射击装置和发射装置)。

Claims (39)

1.一种具有摩擦防止功能的装置，所述装置包括：
第一物体；
与所述第一物体间隔开并面对所述第一物体的第二物体；以及
多个带电的纳米颗粒，布置在所述第一物体和所述第二物体中的仅一个物体的表面上，
其中在所述第一物体和所述第二物体之间形成电势差以防止所述第一物体与所述第二物体之间的摩擦，以及
其中所述第一物体被配置成相对于所述第二物体可移动或者所述第二物体被配置成相对于所述第一物体可移动。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述纳米颗粒是带正电的纳米颗粒，并且附着于所述第一物体和所述第二物体中具有更低电势的一个上。
3.如权利要求1所述的装置，其中所述纳米颗粒是带负电的纳米颗粒，并且附着于所述第一物体和所述第二物体中具有更高电势的一个上。
4.如权利要求1所述的装置，其中每个所述纳米颗粒包括具有充电电荷的芯和围绕所述芯的壳。
5.如权利要求1所述的装置，进一步包括覆盖所述纳米颗粒并且填充所述纳米颗粒之间的间隙的材料膜。
6.如权利要求1所述的装置，其中所述第一物体具有外圆周表面，并且所述第二物体围绕所述外圆周表面。
7.如权利要求1所述的装置，其中所述第一物体是平板，并且所述第二物体是在所述平板上移动的托板。
8.如权利要求1所述的装置，其中所述第一物体是导轨，并且所述第二物体具有围绕所述导轨的结构。
9.如权利要求1所述的装置，其中所述第一物体和所述第二物体在所述第一物体和所述第二物体彼此面对的部分中分别包括导电层。
10.如权利要求5所述的装置，其中所述材料膜是油漆或胶。
11.如权利要求1所述的装置，其中所述第一物体是导电管，所述第二物体是在所述管内移动的可移动主体。
12.如权利要求11所述的装置，其中所述管是枪筒或炮管，并且所述第二物体是子弹或大炮弹丸。
13.如权利要求1所述的装置，其中所述纳米颗粒均匀地分布，或者仅在多个相互间隔开的区域中均匀地分布。
14.一种制造具有摩擦防止功能的装置的方法，所述方法包括：
将多个纳米颗粒附着至第一物体；
将第二物体安置在面对所述第一物体的位置处，所述纳米颗粒置于所述第一物体和所述第二物体之间；
对所述纳米颗粒充电；以及
在所述第一物体和所述第二物体中形成用于防止摩擦发生的电势差。
15.如权利要求14所述的方法，其中每个所述纳米颗粒包括具有充电电荷的芯和围绕所述芯的壳。
16.如权利要求14所述的方法，其中所述纳米颗粒的所述充电包括在所述第一物体和所述第二物体之间形成比用于防止摩擦发生的所述电势差大的电势差。
17.如权利要求14所述的方法，其中所述纳米颗粒的所述附着包括形成材料膜，所述材料膜覆盖所述纳米颗粒并且填充所述纳米颗粒之间的间隙。
18.一种制造具有摩擦防止功能的装置的方法，所述方法包括：
对纳米颗粒充电；
将充电的所述纳米颗粒附着在第一物体上；
将第二物体安置在面对所述第一物体的位置处，所述纳米颗粒置于所述第一物体和所述第二物体之间；以及
在所述第一物体和所述第二物体中形成用于防止摩擦发生的电势差。
19.如权利要求18所述的方法，其中每个所述纳米颗粒包括具有充电电荷的芯和围绕所述芯的壳。
20.如权利要求18所述的方法，其中所述纳米颗粒的所述附着包括形成材料膜，所述材料膜覆盖所述纳米颗粒并且填充所述纳米颗粒之间的间隙。
21.一种具有摩擦防止功能的装置，包括：
转子；以及
外壳，其围绕所述转子，
其中电介质层被设置在所述外壳和所述转子之间且在所述转子和所述外壳之一的表面上，
其中所述电介质层包括多个带电的颗粒，所述多个带电的颗粒彼此绝缘且带电，以及
其中所述电介质层配置为根据在所述转子与所述外壳之间施加的电压条件而接触或不接触所述转子和所述外壳中的另一个。
22.如权利要求21所述的装置，其中所述电介质层设置在所述外壳的内表面上，且围绕所述转子。
23.如权利要求21所述的装置，其中所述电介质层被设置，从而覆盖所述转子的外圆周表面。
24.如权利要求21所述的装置，其中绝缘层和导电层被顺序层叠在所述电介质层和所述外壳的内表面之间。
25.如权利要求21或24所述的装置，其中所述转子包括旋转轴、以及被顺序层叠从而围绕所述旋转轴的绝缘层和导电层。
26.如权利要求24所述的装置，其中所述导电层被所述绝缘层分隔成两部分。
27.如权利要求26所述的装置，其中所述绝缘层包括两个面向所述转子的突起。
28.如权利要求21所述的装置，其中在所述转子的两端安装轮子。
29.一种驱动如权利要求21所述的装置的方法，所述方法包括：
在所述电介质层的所述带电的颗粒中形成净电荷；
通过在所述转子和所述外壳之间施加电压，在所述电介质层和所述带电的颗粒中产生极化电荷；以及
通过调整所述电压，控制所述电介质层与所述转子和所述外壳中的另一个的接触状态或非接触状态。
30.如权利要求29所述的方法，其中所述净电荷的所述形成包括在所述转子和所述外壳之间施加电压。
31.如权利要求29所述的方法，其中所述电介质层设置在所述外壳的内表面上，并且围绕所述转子。
32.如权利要求29所述的方法，其中所述电介质层被设置，从而覆盖所述转子的外圆周表面。
33.如权利要求29所述的方法，其中绝缘层和导电层被顺序层叠在所述电介质层和所述外壳的内表面之间。
34.如权利要求29或33所述的方法，其中所述转子包括旋转轴、以及被顺序层叠从而围绕所述旋转轴的绝缘层和导电层。
35.如权利要求33所述的方法，其中所述导电层被所述绝缘层分隔成第一导电层和第二导电层。
36.如权利要求35所述的方法，其中所述绝缘层包括两个面向所述转子的突起。
37.如权利要求35所述的方法，其中所述电介质层和所述带电的颗粒内所述极化电荷的产生包括将电压VT、电压V1和电压V2分别施加至所述转子、所述第一导电层和所述第二导电层。
38.如权利要求37所述的方法，其中所述电压VT、电压V1和电压V2满足条件：VT>V1，VT>V2，且V1＝V2。
39.如权利要求37所述的方法，其中所述电压VT、电压V1和电压V2满足条件：V1>VT>V2。
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