機械運轉時材料之間的摩擦會造成能量的損耗機械、工作效率降低及部件壽命縮短。減小摩擦的方法往往只能依賴添加潤滑或在部件表面進行減摩塗層處理。
材料本體在一定工況條件下的摩擦係數難以通過結構調控而改變。例如：金屬材料的幹摩擦係數普遍較高，通常處於0.6-1.2之間，主要原因是摩擦過程中接觸表面下方產生塑性變形，變形的不均勻性導致表面粗糙化以及形成易脫落的摩擦層。
即使將晶粒尺寸降低到納米量級，材料的硬度成倍提高，但穩態摩擦係數卻幾乎不變，這是由於納米材料有限的塑性變形能力使其在摩擦過程中容易發生應變局域化。降低金屬材料本體的摩擦係數似乎成為了一個「不可能完成」的任務。
最近，中國科學院金屬研究所瀋陽材料科學國家（聯合）實驗室盧柯研究組在這一研究方向取得了突破性進展。他們利用表面機械碾磨技術在Cu-Ag合金表層製備出梯度納米結構，在高載荷幹摩擦過程中，梯度納米結構顯著降低了Cu-Ag合金的幹摩擦係數。以載荷為50 N為例，摩擦係數由粗晶態0.64降至0.29。同時材料的磨損速率呈量級降低。梯度納米結構為降低傳統金屬材料的摩擦磨損開闢了全新的途徑。
材料表層的梯度納米結構是指材料表層中的晶粒尺寸隨距表面深度增加從納米尺度梯度增加至普通粗晶尺度，因此使其強度由表及裡呈梯度減小，這種梯度結構可以有效抑制接觸載荷下材料的應變局域化，從而避免或延緩材料表面在變形過程中出現裂紋。
實驗結果表明，在單次及重複滑擦條件下，Cu-Ag合金梯度納米結構樣品表面始終光滑如初，沒有出現裂紋或材料堆積，有效抑制了摩擦導致的表面粗糙化，呈現出與粗晶及均勻納米結構樣品截然不同的特性。亞表層微觀結構顯示，最表層納米晶尺寸穩定不變，其下方由於機械驅動的晶界遷移而導致晶粒粗化。在高載荷30000周次重複滑擦過程中，Cu-Ag合金的表層梯度納米結構表現出很高的結構穩定性，有效抑制了表面粗糙化以及脆性摩擦層的形成，這正是其低摩擦現象的原因。梯度納米結構顯著降低金屬的幹摩擦係數對於提高工程材料能源效率與產品壽命具有重要意義，也將對高端精密製造技術的發展產生推動作用。
上述研究獲得科技部國家重大科學研究計劃及國家自然科學基金重點項目資助。該研究成果發表於2016年12月9日出版的美國AAAS主辦的Science Advances（《科學進展》）。