清華大學在石墨烯潤(rùn)滑性(xìng)的調控方麵取得了重要進展
清華大學在石墨烯潤滑性的調控方麵取得了重要進展
清華新聞網10月26日電(新華社)近日,清華大學摩擦學國家重(chóng)點(diǎn)實驗(yàn)室機械工程係廖建斌、馬天寶(bǎo)研究組與(yǔ)清華大學航空航天學院工(gōng)程力學係和微納力學(xué)中心李群陽聯合研究(jiū)。利用SOI材料和器件,WangXi和Dizengfeng,中(zhōng)國科學院上海微(wēi)係統(tǒng)信息功(gōng)能(néng)材料國家重點實驗室(shì),本文研究了二維材料平(píng)麵結構的(de)調控(kòng)和二維材料潤滑性能的研究進展(zhǎn)。ALS已經完(wán)成。
研(yán)究人員(yuán)發(fā)現,當單晶鍺與石墨烯(xī)以適當的角度堆積在一(yī)起(qǐ)時,石墨(mò)烯即使在(zài)外界受到強烈的化(huà)學作用,也能保持良好的(de)二維平麵結構,從而繼續保持其優異的摩擦和潤(rùn)滑性能。相關結果將有助於促進二維材(cái)料在微納米摩擦(cā)和潤滑領(lǐng)域的應(yīng)用,並穩定具有莫爾條紋的石(shí)墨烯,最近在《自然通訊》上發表了通過莫爾-超晶格約(yuē)束的石(shí)墨烯的魯棒超低摩擦狀態。
圖(a)Moire條(tiáo)紋區和非Moire條紋區石墨烯在氟化前(qián)後表麵摩擦力的比較;(b)Moire條(tiáo)紋區和非Moire條紋區石墨烯氟化後的表麵形態;(c)第一原(yuán)理計算表明,Gr之間存在電荷轉移聚集。在莫爾條紋區和基體中存在著具有錨(máo)定石墨烯效應的(de)菲。
近年來,人們發現(xiàn),二維(wéi)材料由於其特殊的平麵(miàn)原子結構,具有非常獨特和優異的摩擦性能,有(yǒu)望在(zài)微觀和(hé)納米領域用作超薄潤滑材(cái)料,但由於二維(wéi)薄膜的特殊比表麵積材料容易(yì)受到工作環境的影響(xiǎng),特(tè)別是表麵化學作用,降低甚至失(shī)去潤滑(huá)性能,如何在複雜的滑動條件下有效地保持二維單層材料在原子尺度下的穩定性,是研究者麵臨的新挑戰。清華大學摩擦學國家(jiā)重點實驗室和(hé)中國科學院上海微係統研究所信息功能材料國家重點實驗室的研究人員(yuán)觀察到,生長在鍺(111)表(biǎo)麵的多晶石墨烯產生了周期性和非雲紋兩個區域,這(zhè)兩(liǎng)個區(qū)域都(dōu)是由(yóu)於E不同的上、下晶體堆積方式,經過氟化(huà)、氧化等化(huà)學處理後,非雲紋邊緣區的潤滑性能大大減弱,但具有周期雲紋邊緣的(de)石(shí)墨烯仍保持良好的潤滑性能,第一原理計算表明,相互作用力為周期莫(mò)爾條紋(wén)區的石墨烯碳原子與鍺原(yuán)子之間的相互作用要比範德華力強得多,這種強大的錨定(dìng)效應使石墨烯能(néng)夠抵抗外(wài)界幹擾,改變其光滑(huá)的分子結構和形態,從而(ér)增強其潤滑穩(wěn)定性,相關的研究(jiū)成果得到了證實(shí)。將其擴展到其他(tā)二維材料體係中,促進單層潤滑劑在微納米體係(xì)中的(de)應用。
本(běn)文作者是清華大學航空學院副教授(shòu)李群(qún)洋,中國科學院上海微係統研究所機械研究(jiū)所副研究員馬天寶副教授,此項(xiàng)工作得到了國家創新科學基金會的支持。RCH集團、重大科研(yán)儀器開發項目、優秀青年基金、麵基金、科技部國家重大科(kē)研計劃(973)項目、中央組織青年千人及青年優秀人才(cái)項目、清(qīng)華大學自主科研計劃項(xiàng)目唐仲英基金、上海市學科帶頭人等相關研究項目。
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