清華大學在石墨烯潤滑性的調控方面取得了重要進展

清華大學在石墨烯潤滑性的調控方面取得了重要進展


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點實驗室機械工程系廖建斌、馬天寶研究組與清華大學航空航天學院工程力學系和微納力學中心李群陽聯合研究。利用SOI材料和器件，WangXi和Dizengfeng，中國科學院上海微系統信息功能材料國家重點實驗室，本文研究了二維材料平面結構的調控和二維材料潤滑性能的研究進展。ALS已經完成。

研究人員發現，當單晶鍺與石墨烯以適當的角度堆積在一起時，石墨烯即使在外界受到強烈的化學作用，也能保持良好的二維平面結構，從而繼續保持其優異的摩擦和潤滑性能。相關結果將有助于促進二維材料在微納米摩擦和潤滑領域的應用，并穩定具有莫爾條紋的石墨烯，最近在《自然通訊》上發表了通過莫爾-超晶格約束的石墨烯的魯棒超低摩擦狀態。

圖（a）Moire條紋區和非Moire條紋區石墨烯在氟化前后表面摩擦力的比較；（b）Moire條紋區和非Moire條紋區石墨烯氟化后的表面形態；（c）第一原理計算表明，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定石墨烯效應的菲。

近年來，人們發現，二維材料由于其特殊的平面原子結構，具有非常獨特和優異的摩擦性能，有望在微觀和納米領域用作超薄潤滑材料，但由于二維薄膜的特殊比表面積材料容易受到工作環境的影響，特別是表面化學作用，降低甚至失去潤滑性能，如何在復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，是研究者面臨的新挑戰。清華大學摩擦學國家重點實驗室和中國科學院上海微系統研究所信息功能材料國家重點實驗室的研究人員觀察到，生長在鍺（111）表面的多晶石墨烯產生了周期性和非云紋兩個區域，這兩個區域都是由于E不同的上、下晶體堆積方式，經過氟化、氧化等化學處理后，非云紋邊緣區的潤滑性能大大減弱，但具有周期云紋邊緣的石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爾條紋區的石墨烯碳原子與鍺原子之間的相互作用要比范德華力強得多，這種強大的錨定效應使石墨烯能夠抵抗外界干擾，改變其光滑的分子結構和形態，從而增強其潤滑穩定性，相關的研究成果得到了證實。將其擴展到其他二維材料體系中，促進單層潤滑劑在微納米體系中的應用。

本文作者是清華大學航空學院副教授李群洋，中國科學院上海微系統研究所機械研究所副研究員馬天寶副教授，此項工作得到了國家創新科學基金會的支持。RCH集團、重大科研儀器開發項目、優秀青年基金、面基金、科技部國家重大科研計劃（973）項目、中央組織青年千人及青年優秀人才項目、清華大學自主科研計劃項目唐仲英基金、上海市學科帶頭人等相關研究項目。

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