科學家揭示石墨烯摩擦演化行為機理

本報訊（記者張行勇）西安交通大學教授孫軍課題組與國內外合作團隊11月24日在線發表於《自然》的一項研究表明：界面摩擦對二維材料存在獨特的機理，即二維材料由於其超薄的幾何特性和超大的柔性，能夠通過改變自身構型影響接觸界面的釘扎狀態，進而可從界面的「質」而不僅是「量」調控其摩擦性能。該研究結論顛覆了近代摩擦學研究表明並遵循的「三維固體材料在無磨損情況下的摩擦行為往往與界面真實接觸面積大小直接相關」的論斷。

自2004年首次被製備以來，以石墨烯為代表的二維材料因其獨特的電、磁、熱、力學等性質，成為學術界研究的熱點。但是對二維材料摩擦過程中展現出的演化行為，迄今傳統的微觀摩擦理論未能給出一個合理的解釋。

合作團隊通過原子模擬，首次重現了石墨烯摩擦行為的所有核心現象，並提出了二維材料可能存在的一種全新的摩擦演化及調控機制，即主導界面摩擦（包括其瞬態演化）行為的關鍵因素是界面的咬合「質量」，也就是上下表面原子間的局部釘扎強度和整個界面咬合作用的協同性。正是這種特殊 「接觸質量」的調控能力，使得石墨烯在摩擦中具有奇特的演化效應以及層數依賴性。基於此，該團隊還提出並論證了通過對二維材料施加可控變形實現對錶面摩擦行為大範圍調控的新思路。

該研究對於石墨烯在摩擦和磨損領域更為有效的應用提供了相應的理論支持。此次國際團隊合作者包括孫軍課題組博士李蘇植、美國麻省理工學院教授李巨，清華大學副教授李群仰和美國賓夕法尼亞大學教授羅伯特·卡爾皮克等。

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