清華大學（xué）機（jī）械係石墨烯超滑研究的重要進展（zhǎn）
清華大學機械係石墨烯超滑研究的重要進（jìn）展
清華新聞網2月16日訊，近日，清（qīng）華大學機械（xiè）工程係、摩擦學國家重點實驗室、中科院（yuàn）化學研究所在石（shí）墨烯固體超滑領域取（qǔ）得了重要進展，相（xiàng）關成果（guǒ）發表（biǎo）在《自然通訊》雜（zá）誌上。bruary 14，標題為石墨烯（xī）塗（tú）層微球在高接觸壓力下的魯棒微尺度超潤滑性。
本文設計（jì）並製作了一種用於原子（zǐ）力顯微鏡的（de）石（shí）墨烯塗層微球探（tàn）針。測量了石墨烯與石墨烯之間的微摩（mó）擦，得到了具有魯棒性的超低摩擦：適用於負載、環境氣氛、濕度、掃描範圍和速度等多種實驗條件，並（bìng）能長期保持超滑態，此外，石墨（mò）烯（xī）探針還可以獲得對其他二維材料如六方氮化硼（H-BN）晶體進行超臨界滑動，實現了非均勻二維材料之間的摩擦測（cè）量（liàng）。
據統計，世界上約三分之一的可支配能量是由摩擦消耗的，而日益嚴重的能源危機凸顯了摩擦學研究的現實意義，超量滑動（dòng）是（shì）揭（jiē）示摩擦能量耗散（sàn）成因、探索降低摩擦能量消耗的重要研究方向。近年來，由於二維材料層間範德華相互作用較弱，摩擦學性能（néng）優異，引起了人們（men）的廣泛關注，如（rú）何獲得穩定、耐（nài）用、對環境（jìng）不敏感的超滑（huá）態，對（duì）石墨烯超滑的應（yīng）用（yòng）具有重要意義。清華大學摩擦學國家重點實驗室和中國科（kē）學院化學研究（jiū）所設計並製（zhì）備了石墨烯塗層的（de）OBE，采用無金屬催化的方法在二氧化矽（guī）微球上直接生長多層多晶石墨烯，然後將石墨烯微球粘（zhān）附在無探針（zhēn）的角上。杠杆梁：製（zhì）備方法避（bì）免了石墨烯轉移過程（chéng）中引入（rù）的雜質，石墨烯與基體有良好的粘附性。
實驗（yàn）和模（mó）擬結果（guǒ）如下：（a）摩（mó）擦與載荷；（b）石墨烯探針示意圖；（c）摩擦與時間；（d）多粗糙峰多晶接觸模型（xíng）的分子動力（lì）學模擬（每個粗糙峰上石墨烯晶格（gé）取向的隨機分布）。
在天（tiān）然石墨、高定向熱解石墨（HopG）、機械剝離石（shí）墨烯和六角氮化硼晶體的摩擦實驗中，石墨烯微球探針獲（huò）得了（le）超低摩擦（最低摩擦係數為0.003），這種超低摩擦不受相（xiàng）對旋轉角的影響。通過高分辨原（yuán）子取向分（fèn）析、接觸力學計（jì）算和分子動力學（xué）模擬，揭示（shì）了探針與基體之（zhī）間以及在高接觸壓力（lì）下超滑態能長期存在的持久穩（wěn）定的超低摩擦機理：多粗糙峰形貌。石墨烯微球表麵的Gy和石（shí）墨烯的多晶結構導致了石墨烯微（wēi）球與樣（yàng）品之間穩定的準非等量接觸（chù），即多粗糙（cāo）峰狀態下石墨烯的隨機取向，並且超滑實驗的結果不容易受到（dào）環境（jìng）溫度的影響（xiǎng）。大氣和濕度，可在幹燥（zào）氮氣（qì）、大（dà）氣和潮濕空氣中實現（相對濕度51%）。這一現象可歸因於石墨烯探針和石墨基底的雙重疏水特性，為固體潤滑和（hé）超（chāo）滑係統（tǒng）的設計提供了新的思路。此外，石墨（mò）烯探針法也（yě）可推廣到其他二維材料或非均勻二維材料之間的（de）固體超滑研究（jiū）中。
清華大學力（lì）學係副教授馬天寶、中國科學院化學（xué）研究所研究員餘貴、清華大學力學係教授劉（liú）建（jiàn）斌是本文的傳（chuán）播作者，本文第一作者是博（bó）士劉樹毅。清華大學力學係學生，第二作（zuò）者王（wáng）華平，中國科學院化學研究所博士（shì）生，本文是（shì）繼《格拉斯哥超低摩擦態》出版之後，二維材（cái）料固體超滑領域的又一重要（yào）進展。2016年10月通過國家自然科（kē）學基金重大研究開發項目、基金會重大項（xiàng）目、基金項目973項、基（jī）金會優秀青年基金、青年優秀（xiù）人才計劃等項目的支持。在（zài）清華（huá）大學高性能計算中心探索（suǒ）100平台上，完成了萬（wàn）人計劃和國家摩擦學重（chóng）點實（shí）驗室的自主研究項目（mù）。
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