近期，中國科學(xué)院上海微系統與信息技術(shù)研究所信息功能材料國家重點(diǎn)實(shí)驗室SOI材料與器件課題組聯(lián)合清華大學(xué)摩擦學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗室以及清華大學(xué)航天航空學(xué)院應用力學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗室、微納米力學(xué)與多學(xué)科交叉創(chuàng )新研究中心的科研人員在二維材料分子平面結構調控及二維材料潤滑性能控制方面取得研究進(jìn)展。
研究人員發(fā)現當單晶鍺與生長(cháng)其上的石墨烯以合適角度堆疊成一體時(shí)，石墨烯即使在經(jīng)歷外界劇烈的化學(xué)作用后仍然能保持較好的二維平整結構進(jìn)而延續其優(yōu)異的摩擦潤滑特性，相關(guān)成果有助于推動(dòng)二維材料在微納摩擦與潤滑領(lǐng)域的應用。
近年來(lái)人們發(fā)現二維材料由于其特殊的平面原子結構而具有十分奇特而優(yōu)良的摩擦性能，有望作為一種超薄的潤滑材料在微納領(lǐng)域得到重要應用。然而，由于二維薄膜材料超乎尋常的比表面積，易于受工作環(huán)境，特別是表面化學(xué)作用影響而降低甚至喪失潤滑性能。因此，如何在復雜的滑動(dòng)工況下從原子尺度上有效地保持單分子層二維材料的穩定性給研究人員提出了一個(gè)全新的挑戰。
科研人員觀(guān)察到鍺(111)晶面上生長(cháng)的多晶石墨烯，由于上下晶體堆疊的方式不同，會(huì )同時(shí)產(chǎn)生具有周期性莫爾條紋的區域和非莫爾條紋的區域。經(jīng)過(guò)氟化、氧化等化學(xué)處理后，非莫爾條紋區域的潤滑性能極大削弱。然而，具有周期性莫爾條紋區域的石墨烯卻仍然保持良好的潤滑特性。通過(guò)第一性原理計算科研人員發(fā)現，周期性莫爾條紋區域中石墨烯的碳原子與鍺原子之間的相互作用力要遠遠強于普通的范德瓦爾斯力；這種強的錨定作用使得石墨烯能夠抵御外界擾動(dòng)對其平整分子結構形貌的改變，從而增強其潤滑的魯棒性。
相關(guān)研究發(fā)現有望推廣到其它的二維材料體系，推動(dòng)單分子層潤滑材料在微納系統中的應用。
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