1915年著名化学家Wolfgang Ostwald将表面/界面科学称为“被忽略尺度的世界”。意思是说，表面/界面科学研究所涉及的空间尺度超出了当今科学研究的范围，例如，微观尺度的原子、分子，或者宏观尺度的固体、液体。因此，表面/界面科学属于边缘科学范畴，迄今研究工作进行得不多，发展也不十分成熟。

表面科学或者界面科学的研究对象都是物质体系中由一相向着另一相转变的空间区域。通常在科技文献中表面与界面的概念难以明确地区分，而且时常相互混淆。严格的定义应该是： 表面是一个凝聚相（固相或者液相）与一个气相或真空构成的空间区域； 而界面则是两个凝聚相（固相与固相、液相与液相或者固相与液相）之间的空间区域。由此可知，在现实中存在的绝大多数表面通常都是固体或者液体与气体构成的界面，它是一种特定的界面。这样，我们就可以采用界面一词统称表面/界面。

界面实际上是具有一定厚度的空间区域，即界面层。整个体系的固有性能在界面层中由一相按一定规律转变成另一相，所以界面层是固有性能变化的过渡区。它的结构和性能都很复杂，而且依照空间位置的不同而变化。界面稳定存在的必要条件是需要具有一定数量的界面自由能（简称界面能）。通过外界对它做功输入能量就可以使界面扩大。反之，如果界面不具有一定数量的正值自由能，就不可能有稳定的边界存在。

界面科学有时也被称为表面科学，在物理化学领域中进行了长期的研究，已经取得了许多理论的和工业应用的成就。但是在机械学科中，界面科学与技术对于现代机械发展的重要意义尚未引起人们足够的重视，也还没有将它作为具有广泛应用前景的研究领域开展研究。

事实上，无论是机械制造还是机械设计，或者机械装备的运行维护和状态监控，都涉及许多界面行为与控制方面的重要问题，为了解决这些问题，人们在长期工程实践中也累积了丰富的经验。然而，随着现代科技的发展，机械装备中的表面/界面性能与控制将日益广泛地成为制约未来发展的关键科学技术问题。基于这种认识和在科学研究实践中的感受，近年来，我与同事们提出了开展界面科学与技术研究的重要性和迫切性，希望能引起同行们的认同，并共同推动该学科领域的发展。以期经过若干年的努力，实现由我国科技工作者创新建立机械学科中的界面科技理论和工程实用技术。这就是我极力建议和推动黄平教授等人参与撰写本书的初衷。

我与本书作者黄平教授等人共事多年，长期从事机械设计理论和摩擦学研究。实践中我们认识到，机械零部件的表面品质和界面行为是影响机械零件性能，诸如接触疲劳强度、摩擦功耗、磨损寿命和抗腐蚀能力等至关重要的因素。又如，机械装备的动态性能以及振动和噪声也在很大程度上取决于各个接触界面的刚度和界面阻尼特性。

近30年来，我与同事们包括本书各位作者在摩擦学研究中，随着研究工作的深入不断推动学科发展。由宏观摩擦学发展到纳米（微观）摩擦学研究，随后又扩展到界面科学与技术研究领域。前者是推动学科沿深度方向发展，而后者是沿广度方向发展。

正确的思维来自科学的实践。我们对于摩擦学学科发展的认识是在长期科学研究实践中产生的。事实上，摩擦学属于表面科学范畴，只是研究对象局限于研究摩擦表面之间发生的现象、变化、损伤机理和控制。而通常所指的摩擦表面是由两个固体表面沿切向相对滑动所构成的界面。如果所研究的界面的构成物质不限于两个固体而相对运动也不限于切向滑动，这样就很自然地从摩擦学的研究领域扩展到界面科学与技术的研究领域。

应当强调指出，从传统的摩擦学研究转变到界面科学与技术研究，不是单纯的研究领域的扩大，而伴随着理论基础、思维方式和研究方法等的转变。通常摩擦学是以降低机械装备的摩擦能耗和提高抗磨损寿命为主要研究目标，其基本的研究模式主要是根据材料的体相性能进行力学计算； 或者针对材料表面的结构、组成进行显微分析，考察它们在磨损过程中的变化和损伤机理； 以及模拟工程实际工况条件进行对比实验研究。显然，宏观摩擦学的理论基础主要是连续介质力学、材料科学和摩擦化学等。随着研究工作的发展，我们认识到为了要深入地揭示摩擦磨损机理，研究模式的发展应当是“由宏观进入微观、由定性进入定量、由静态进入动态以及由单一学科角度的分析进入多学科的综合研究”（参见： 温诗铸.摩擦学原理.清华大学出版社,1990）。这里强调了宏、微观结合建立微观结构和宏观性能之间的构性关系； 建立摩擦学性能与工况参数的数学描述； 以磨损过程的形态变化代替通常采用的磨损前后类比分析的研究方法； 以及扩大学科领域和理论基础等的重要意义。

可以说纳米摩擦学的蓬勃兴起适应了上述发展趋势。由于尺寸效应的影响，显示出表面能和表面原子、分子结构以及界面行为对于微摩擦磨损的重要作用。在研究模式方面，促进了表面物理化学、纳米科技与传统摩擦学研究的理论基础的深层次结合； 开辟了现代微观实验技术和分子尺度理论分析的探索和应用。纳米摩擦学是界面科学与技术中特定的一部分，即两个固体构成的界面在切向相对滑动过程中的界面行为与控制。

现代机械学科日益向着精密化和微型化的方向发展。在高新技术装备、精密机械和仪器、微机电系统，以及电子制造、微纳制造等领域中，广泛存在着许多涉及界面科学与技术的问题，它们往往是阻碍发展的关键。因此，我认为本书的出版对于介绍与机械工程密切相关的界面科学与技术的基本知识，推动该领域的科学研究和发展，进而促进现代化机械装备的研发具有重要的现实意义。

参加本书撰写的作者都长期在机械设计理论领域从事教学和科学研究，具有丰富的实践经验和写作能力。在广泛收集资料的基础上，又收入了自身和国内外学者的研究成果，因此，本书取材新颖，具有学术先进性。同时，力求全面系统地阐述机械中界面科学与技术的基本内容。然而，本书毕竟是作者们汇集整理相关资料撰写而成的第一本介绍界面科学与技术的书籍，缺点错误实属难免，敬请读者批评指正。在此基础上，通过广大科技工作者共同努力，可望在我国逐步形成具有较高理论和实践水平的更加完善的新学科领域及著作。

本书由温诗铸教授组织编写，黄平教授负责全书的审定﹑调整和统稿。参加各章初稿撰写的人员如下。清华大学温诗铸教授： 序言，第1章； 南昌大学刘莹教授： 第2，11，13章； 西南交通大学钱林茂教授： 第7，8章； 清华大学田煜教授： 第5，6，15章； 清华大学刘宇宏助研： 第10章； 其余各章均由华南理工大学黄平教授撰写。本书的编写得到清华大学摩擦学国家重点实验室的老师和研究生们的热情支持和建议，任婧硕士对于全书文稿进行了校对工作。在此对本书出版而付出辛勤劳动的人们致以衷心的感谢。

温诗铸

2010年11月2日于清华园