科学家揭示石墨烯摩擦演化行为机理

(记者张)11月24日，交通大学教授的研究小组和国内外合作小组在《自然》在线发表的一项研究表明，二维材料的界面摩擦有一种独特的机制，即二维材料由于其超薄的几何特性和超大的柔性，可以通过改变其构型来影响接触界面的钉扎状态，进而可以从界面的“质量”而不是“数量”来控制其摩擦性能。该研究结论推翻了无磨损三维固体材料的摩擦行为通常与界面的真实接触面积直接相关的结论，这一结论已被现代摩擦学研究所证明和遵循。

自2004年首次制备以来，以石墨烯为代表的二维材料因其独特的电学、磁学、热学和力学性能成为学术研究的焦点。然而，传统的微摩擦理论尚未对二维材料摩擦过程中的演化行为给出合理的解释。

通过原子模拟，合作团队首次再现了石墨烯摩擦行为的所有核心现象，提出了一种全新的二维材料中可能存在的摩擦演化和调节机制，即主导界面摩擦(包括其瞬态演化)行为的关键因素是界面的咬合“质量”，即上下表面原子间的局部钉扎强度和整个界面咬合效应的协同作用。正是这种特殊的“接触质量”控制能力使得石墨烯在摩擦中具有独特的演化效应和层依赖性。在此基础上，该团队还提出并演示了一种通过将可控变形应用于二维材料来大规模控制表面摩擦行为的新思路。

该研究为石墨烯在摩擦磨损领域的更有效应用提供了相应的理论支持。国际团队合作伙伴包括孙俊研究小组的李素芝博士、麻省理工学院的李菊教授、清华大学的李杨群副教授和宾夕法尼亚大学的罗伯特卡尔皮克教授。

《中国科学新闻》(第一版集锦，2016年11月28日)