清華大學(xué)在石墨烯潤滑性的調(diào)控方面取得了重要進(jìn)展
清華大學(xué)在石墨烯潤滑性的調(diào)控方面取得了重要進(jìn)展
清華新聞網(wǎng)10月26日電（新華社）近日，清華大學(xué)摩擦學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室機(jī)械工程系廖建斌、馬天寶研究組與清華大學(xué)航空航天學(xué)院工程力學(xué)系和微納力學(xué)中心李群陽聯(lián)合研究。利用SOI材料和器件，WangXi和Dizengfeng，中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)信息功能材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，本文研究了二維材料平面結(jié)構(gòu)的調(diào)控和二維材料潤滑性能的研究進(jìn)展。ALS已經(jīng)完成。
研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)單晶鍺與石墨烯以適當(dāng)?shù)慕嵌榷逊e在一起時(shí)，石墨烯即使在外界受到強(qiáng)烈的化學(xué)作用，也能保持良好的二維平面結(jié)構(gòu)，從而繼續(xù)保持其優(yōu)異的摩擦和潤滑性能。相關(guān)結(jié)果將有助于促進(jìn)二維材料在微納米摩擦和潤滑領(lǐng)域的應(yīng)用，并穩(wěn)定具有莫爾條紋的石墨烯，最近在《自然通訊》上發(fā)表了通過莫爾-超晶格約束的石墨烯的魯棒超低摩擦狀態(tài)。
圖（a）Moire條紋區(qū)和非Moire條紋區(qū)石墨烯在氟化前后表面摩擦力的比較；（b）Moire條紋區(qū)和非Moire條紋區(qū)石墨烯氟化后的表面形態(tài)；（c）第一原理計(jì)算表明，Gr之間存在電荷轉(zhuǎn)移聚集。在莫爾條紋區(qū)和基體中存在著具有錨定石墨烯效應(yīng)的菲。
近年來，人們發(fā)現(xiàn)，二維材料由于其特殊的平面原子結(jié)構(gòu)，具有非常獨(dú)特和優(yōu)異的摩擦性能，有望在微觀和納米領(lǐng)域用作超薄潤滑材料，但由于二維薄膜的特殊比表面積材料容易受到工作環(huán)境的影響，特別是表面化學(xué)作用，降低甚至失去潤滑性能，如何在復(fù)雜的滑動(dòng)條件下有效地保持二維單層材料在原子尺度下的穩(wěn)定性，是研究者面臨的新挑戰(zhàn)。清華大學(xué)摩擦學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)研究所信息功能材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的研究人員觀察到，生長在鍺（111）表面的多晶石墨烯產(chǎn)生了周期性和非云紋兩個(gè)區(qū)域，這兩個(gè)區(qū)域都是由于E不同的上、下晶體堆積方式，經(jīng)過氟化、氧化等化學(xué)處理后，非云紋邊緣區(qū)的潤滑性能大大減弱，但具有周期云紋邊緣的石墨烯仍保持良好的潤滑性能，第一原理計(jì)算表明，相互作用力為周期莫爾條紋區(qū)的石墨烯碳原子與鍺原子之間的相互作用要比范德華力強(qiáng)得多，這種強(qiáng)大的錨定效應(yīng)使石墨烯能夠抵抗外界干擾，改變其光滑的分子結(jié)構(gòu)和形態(tài)，從而增強(qiáng)其潤滑穩(wěn)定性，相關(guān)的研究成果得到了證實(shí)。將其擴(kuò)展到其他二維材料體系中，促進(jìn)單層潤滑劑在微納米體系中的應(yīng)用。
本文作者是清華大學(xué)航空學(xué)院副教授李群洋，中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)研究所機(jī)械研究所副研究員馬天寶副教授，此項(xiàng)工作得到了國家創(chuàng)新科學(xué)基金會(huì)的支持。RCH集團(tuán)、重大科研儀器開發(fā)項(xiàng)目、優(yōu)秀青年基金、面基金、科技部國家重大科研計(jì)劃（973）項(xiàng)目、中央組織青年千人及青年優(yōu)秀人才項(xiàng)目、清華大學(xué)自主科研計(jì)劃項(xiàng)目唐仲英基金、上海市學(xué)科帶頭人等相關(guān)研究項(xiàng)目。
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