中國粉體網(wǎng)訊  2004年首次被制備以來，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)。尤其是石墨烯的奇特摩擦行為引起人們對(duì)其內(nèi)在物理機(jī)制的廣泛關(guān)注和討論。     

金屬材料強(qiáng)度國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（西安交通大學(xué)）與美國麻省理工學(xué)院、清華大學(xué)、美國賓夕法尼亞大學(xué)等開展合作研究，在石墨烯二維材料摩擦演化方面取得突破性進(jìn)展。該研究工作通過原子模擬首次重現(xiàn)了石墨烯摩擦行為的所有核心現(xiàn)象，提出了二維材料可能存在一種全新的摩擦演化及調(diào)控機(jī)制。

研究表明：在接觸摩擦過程中，石墨烯由于層數(shù)不同，會(huì)引起表面變形能力的差異，進(jìn)而影響真實(shí)的接觸面積，但這種單純的粘著褶皺效應(yīng)對(duì)界面摩擦力的影響在部分情況下可能十分有限。通過對(duì)原子尺度界面作用力的統(tǒng)計(jì)分析，研究人員發(fā)現(xiàn)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”，即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。

在滑動(dòng)過程中，石墨烯由于具有超強(qiáng)的面外變形能力，能夠動(dòng)態(tài)地調(diào)整其構(gòu)型從而改變與壓頭原子之間緊密接觸和協(xié)同釘扎的程度。這種特殊的“接觸質(zhì)量”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。基于此機(jī)理，研究團(tuán)隊(duì)提出并論證了通過對(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。     

該項(xiàng)研究首次闡述了石墨烯摩擦演化行為的機(jī)理，相關(guān)的“接觸質(zhì)量”理論對(duì)于其它擁有超柔力學(xué)特性的二維材料具有普適性，對(duì)進(jìn)一步理解固體界面摩擦行為的物理機(jī)制具有重要的指導(dǎo)意義。作為新一代的固體潤滑劑，石墨烯在諸多方面都表現(xiàn)出優(yōu)于傳統(tǒng)材料的特性，本工作對(duì)于石墨烯在摩擦和磨損領(lǐng)域的應(yīng)用提供了相應(yīng)的理論支持。2016年11月24日相關(guān)成果在著名學(xué)術(shù)期刊《自然》上發(fā)表。