科學(xué)家揭示出石墨烯摩擦演化行為機(jī)理

 西安交通大學(xué)教授孫軍課題組與國(guó)內(nèi)外合作團(tuán)隊(duì)11月24日在線發(fā)表于《自然》的一項(xiàng)研究表明：界面摩擦對(duì)二維材料存在獨(dú)特的機(jī)理，即二維材料由于其超薄的幾何特性和超大的柔性，能夠通過(guò)改變自身構(gòu)型影響接觸界面的釘扎狀態(tài)，進(jìn)而可從界面的“質(zhì)”而不僅是“量”調(diào)控其摩擦性能。該研究結(jié)論顛覆了近代摩擦學(xué)研究表明并遵循的“三維固體材料在無(wú)磨損情況下的摩擦行為往往與界面真實(shí)接觸面積大小直接相關(guān)”的論斷。

自2004年首次被制備以來(lái)，以石墨烯為代表的二維材料因其獨(dú)特的電、磁、熱、力學(xué)等性質(zhì)，成為學(xué)術(shù)界研究的熱點(diǎn)。但是對(duì)二維材料摩擦過(guò)程中展現(xiàn)出的演化行為，迄今傳統(tǒng)的微觀摩擦理論未能給出一個(gè)合理的解釋。

合作團(tuán)隊(duì)通過(guò)原子模擬，首次重現(xiàn)了石墨烯摩擦行為的所有核心現(xiàn)象，并提出了二維材料可能存在的一種全新的摩擦演化及調(diào)控機(jī)制，即主導(dǎo)界面摩擦(包括其瞬態(tài)演化)行為的關(guān)鍵因素是界面的咬合“質(zhì)量”，也就是上下表面原子間的局部釘扎強(qiáng)度和整個(gè)界面咬合作用的協(xié)同性。正是這種特殊 “接觸質(zhì)量”的調(diào)控能力，使得石墨烯在摩擦中具有奇特的演化效應(yīng)以及層數(shù)依賴性?；诖耍搱F(tuán)隊(duì)還提出并論證了通過(guò)對(duì)二維材料施加可控變形實(shí)現(xiàn)對(duì)表面摩擦行為大范圍調(diào)控的新思路。

該研究對(duì)于石墨烯在摩擦和磨損領(lǐng)域更為有效的應(yīng)用提供了相應(yīng)的理論支持。此次國(guó)際團(tuán)隊(duì)合作者包括孫軍課題組博士李蘇植、美國(guó)麻省理工學(xué)院教授李巨，清華大學(xué)副教授李群仰和美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)教授羅伯特·卡爾皮克等。