微系统集成了传感、通信、处理、执行和微能源等多种功能单元，被视作21世纪的革命性技术之一。随着科学技术的进步以及人形机器人、无人机、6G通讯技术等新兴产业的兴起，微系统面临着实现更低功耗与更长寿命（甚至全寿命）的迫切需求。在这一背景下，基于半导体和传统微机电系统（MEMS）的传统微系统遭遇技术瓶颈，而具有极低摩擦和零磨损特性的自超滑技术，为微系统的发展带来了全新机遇。
图1.自超滑器件与微系统
近日，清华大学深圳国际研究生院郑泉水院士和助理教授彭德利团队，与清华大学教授徐志平团队共同发表有关结构超滑滑动器件的综述，系统展示了自超滑技术在滑动器件和微系统中的巨大应用潜力。超滑微系统定义为集成了多种功能及超滑组件的微小型系统。结构超滑是指两个固体表面在相对滑动时近零摩擦和零磨损的状态。这种独特特性借助弱范德华界面的晶格失配得以实现，在滑动过程中，横向力相互抵消，使得摩擦力近乎消失。
图2.自超滑：从原理到器件
2016年，郑泉水团队将零磨损与零静摩擦的概念引入超滑领域。后续研究中，团队在实验中成功观测到百公里滑动距离零磨损、无粘滞的零静摩擦状态、稳定的零摩擦系数。由于该状态无需在两个接触固体界面添加润滑剂或其他添加物即可直接实现，2025年，郑泉水团队在第三届国际结构超滑学术会议上，将这一状态命名为自超滑（Self-Superlubricity，SSL）。自超滑界面具备优异的稳定性，在高压强（达9.45 GPa）、高载流（达17.5 GA/m2）、高低温（5K至850K）等极端条件下，依然能保持极低摩擦和无磨损状态，为自超滑器件和系统的优异性能提供了坚实保障。
近年来，随着自超滑技术的快速发展，一类基于滑动机制的新型微机电器件——滑动器件（Slidevices）应运而生。郑泉水团队系统梳理了滑动器件这一创新概念从理论萌芽到关键技术突破的发展历程。与MEMS依赖梁、板等微结构形变的工作机制不同，滑动器件创新性地利用自超滑界面实现极低损耗的平动或转动的运动方式，这种独特的运动机制带来了革命性的结构设计和性能突破，为微纳机电系统的发展开辟了全新路径。
根据功能特性，滑动器件可分为机械滑动器件（Mechanical Slidevices）、电子滑动器件（Electronic Slidevices）和可重构滑动器件（Reconfigurable Slidevices）三大类。机械滑动器件作为滑动器件的典型代表，包括微型线性轴承和旋转马达等，其核心特征在于可实现大位移平动和大角度旋转，同时保持极低摩擦系数和优异耐久性能；电子滑动器件通过滑动界面的电子效应实现能量转换和信息存储，代表性器件包括微纳米发电机、滑移铁电器件。超滑技术的引入可显著降低摩擦或钉扎势垒，对于提升铁电翻转稳定性、降低驱动能耗具有革命性意义；可重构滑动器件通过滑动或旋转实现物理结构的动态重构，从而完成功能切换或多功能集成，其典型案例有通过扭转操作调控其电子能带结构的二维材料异质结、借助滑动操作实现器件功能实时重构的动态功能器件等。
尽管自超滑技术在滑动器件及微系统等领域展现出革命性的应用前景，但其产业化进程仍面临材料制备、界面控制、制造集成和性能优化等多重挑战。在郑泉水院士的带领下，研究团队已在自超滑技术产业化方面取得重要进展，成功开发出具有超长寿命的射频MEMS开关、高效率微特电机和微发电机等创新产品样机。这些突破性成果为下一代通信系统、人形机器人和物联网等领域提供了全新的技术解决方案，也需要全球学术界、产业界和投资机构开展深度合作，共同推动这一技术的产业化，开创微纳制造和微系统领域的新纪元，为高端装备制造和战略性新兴产业的发展注入强劲动力。
该综述以“结构超滑滑动器件”（Structural Superlubric Slidevices）为题发表在《细胞》（Cell）出版社旗下的《器件》（Device）期刊上。
该论文第一作者为清华大学深圳国际研究生院助理教授彭德利，通讯作者为清华大学深圳国际研究生院教授郑泉水院士和清华大学教授徐志平。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.device.2025.100745
文：彭德利
编辑：叶思佳
审核：聂晓梅
