太空僧的回答
这将使得能源、水净化等领域可以大幅减少不必要的能源消耗。
前情提要：什么是「无摩擦力」的冰？
北大物理学院量子材料科学中心和香港城大这次做出来的，形象地说，就是有点像二向箔那个意思的“二维冰”，也就是想办法把很少量的水分子（约2万多个[1]）放在铜表面的石墨烯和氮化硼衬底上生长，形成只有一到二个分子高度的冰岛。也就是媒体报道这篇论文中“这种冰的静摩擦系数可低于0.01，近乎理想的无摩擦状态”。
我们知道，宏观物体的摩擦，是因为接触表面粗糙造成的。放大看，就像旋转两个蛋托一样[2]：
这些犬牙交错的山峰和谷，就是微观世界中的物体表面。
所以很容易理解，如果能把这三维的起伏去掉，那么因“凹凸”形成的摩擦就会减至最低。
从三维到二维
大约20多年前，我记得那时石墨烯的话题很火，连高考都出过相关的话题。这里的石墨烯，可以看成是一个碳原子厚的石墨。2016年Nature就有一篇论文[3]，介绍过一种减少摩擦力的方法，就是将石墨烯（下图深灰色）的二维带状物放在黄金（下图中橙色）表面上，并用原子力显微镜（图中浅灰色那个倒金字塔）拖动它时，摩擦几乎消失了，体现出所谓的“超润滑性（Superlubricity）”。
什么是“超润滑性”？我们初中八年级的书本上说，滑动摩擦力与物体间的压力有关。但对于具有“超润滑性”的二维物体来说，这一点就不再成立了，它比传统摩擦力小好几个数量级（数万倍），将物体的重量从几克增加到几十千克都不会明显改变摩擦力的数量级。当用石墨烯作为滑动摩擦的界面时，磨损量和速率会减少3-4个数量级[4]。
虽然我们初中就开始学摩擦力，但事实上，我们对摩擦力的认识并不如我们想象的那样充分。比如，当表面温度不为0时，分子热运动产生的摩擦力与温度的关系是怎样的[5]？原子在量子力学的诡异操控下，是否能直接穿过另一个物体粗糙的原子表面障碍以减少摩擦？
这次的研究究竟研究了什么？
这次发表的《利用原子分辨率探究二维水传输的结构超滑润性》的论文，主要讲的是石墨烯和氮化硼表面上二维冰都呈现出一种双层互锁的六方冰相，这种二维冰相与表面之间形成了很弱的范德华相互作用。通过测量针尖与冰岛的相互作用能，推算出二维冰岛与衬底之间本征的摩擦力。
在石墨烯表面，单位面积的摩擦力随着二维水的面积增加而减小，符合超润滑现象的理论预测；而在氮化硼表面，二维冰单位面积的摩擦力始终保持在一个较高的恒定值，符合传统的摩擦行为，证实了石墨烯表面二维冰的超润滑特性。
这背后的原因，是因为二维冰展现出两个互成30°夹角的氢键网络取向，这种与石墨烯的晶格之间没有很明显的匹配关系（非公度）。而但与氮化硼的晶格有很好的公度关系。非公度，就像没被卡住一样，可以自由移动，而公度就好比是卡在一起了。
以前普遍认为，超润滑物性比较常见于非公度的刚性晶体界面，而这次的研究表明，相对柔性的二维冰也能表现出超润滑现象。猜测是水在原子尺度受限体系中，可能形成了类似于冰的有序排列的结晶体结构。
这项研究，为低维受限条件下超快水传输中的结构超润滑现象提供了首个确凿的实验证据。
事实上，媒体报道中关注的“摩擦系数低于0.01”，这并不是一个很小的数，在冰上溜冰的钢刀就能达到这个级别[6]（当然原理不尽相同），但在结构超滑领域仍具有领先的研究意义。
早在2018年7月，清华的摩擦学实验室的宋一鸣等人就在Nature发表过一篇关于关于微米尺度石墨/六方氮化硼层状异质结中的鲁棒性结构超滑的论文[7]，测得这种组合的摩擦系数小于0.00014，即使在非真空条件下，摩擦系数也很低。
但非真空条件下长时间使用，会很容易在材料表面产生缺陷，导致摩擦力增大。另外，当一种材料沿着另一种材料滑动时，表面之间的化学键也很容易让材料磨损。这还有待进一步的研究。
这些研究有什么用呢？
现在结构超滑领域的目标，就是推动纳米流体工程及纳米摩擦学的研究进一步发展，再进一步的，就是实现从纳米级到毫米级尺度的实现，比如那些我们能不用显微镜就可以看到和操控的零件。从微型计算机到微型发动机，从医疗、数据存储到火箭、卫星。
我顺便说说火箭吧（不说点火箭难受斯基）。
我之前讲过，火箭管道经常出故障的一个原因，是因为运送低温燃料的细管道内表面不够光滑，像煤油这样的粗粮如果不够纯（就像美国的煤油没有苏联的纯一样），就会在管道内表面毛糙的地方堆积，形成积碳和堵塞，导致发动机点火不畅。
如果能有一层超润滑性的光滑内壁膜，前面说过，与传统摩擦相比，它有可能减少高达1000-10000倍的摩擦[8]，减少与金属不必要的接触，诞生一种高耐用性、低积碳的管道，以提供额外的安全垫。同时，也能有效减少推进剂的速度衰减，无阻力运动，想喷射多快就喷多快，超凡持久，这就意味着能用更少的燃料产生更大的动力。
还有那些泵和活动件，现在都是用固体或液体润滑剂来实现低摩擦，以后有可能采用超滑的膜将所有移动、旋转、振荡的接触面都覆盖掉（低温下），让机器部件可以安全平稳地长时间运行。
比如在微型涡轮发电机中，就能让水流更高效地推动纳米流器件中的涡轮旋转，从微观角度提升了能量转化效率，为微纳系统供电提供新思路[9]。
像传统的烧汽油的车，释放的化学能中有三分之一的能量都因摩擦而流失掉了，转化为热能和声音等其它形式的能量。其它机器也是如此，估计全球每年消耗的能源中有至少五分之一是用来与摩擦力做对抗。这意味着，如果未来技术能进一步从纳米级进化到毫米级甚至更宏观，为汽车等民用机器也能发明出具有更高能量转化效率的器件，必定能极大幅度地减少全球的能源消耗。
目前这项研究最能落地的领域，是海水淡化。
比如把过滤介质做成石墨烯纳米通道，让海水中的水分子润滑地通过石墨烯纳米通道，而盐分和杂质则被留在通道外。未来的海水淡化设备将实现更高效、更环保的水资源利用，从而有望实现绿色的、可持续的海水淡化。
除此之外，水处理和空气净化这种领域也会有更好的思路。像这种涉及纳米级的流体通道，这个研究的成果转化能力还是很有前途的。
希望这一天能够早点到来。
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