近期，中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所信息功能材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(yàn)室以及清華大學(xué)航天航空學(xué)院應(yīng)用力學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(jié)構(gòu)調(diào)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(xiàn)當(dāng)單晶鍺與生長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(jié)構(gòu)進(jìn)而延續(xù)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(yīng)用。
近年來人們發(fā)現(xiàn)二維材料由于其特殊的平面原子結(jié)構(gòu)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(yīng)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(fù)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(wěn)定性給研究人員提出了一個(gè)全新的挑戰(zhàn)。
科研人員觀察到鍺(111)晶面上生長的多晶石墨烯，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(qū)域和非莫爾條紋的區(qū)域。經(jīng)過氟化、氧化等化學(xué)處理后，非莫爾條紋區(qū)域的潤滑性能極大削弱。然而，具有周期性莫爾條紋區(qū)域的石墨烯卻仍然保持良好的潤滑特性。通過第一性原理計(jì)算科研人員發(fā)現(xiàn)，周期性莫爾條紋區(qū)域中石墨烯的碳原子與鍺原子之間的相互作用力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于普通的范德瓦爾斯力；這種強(qiáng)的錨定作用使得石墨烯能夠抵御外界擾動(dòng)對(duì)其平整分子結(jié)構(gòu)形貌的改變，從而增強(qiáng)其潤滑的魯棒性。
相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)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(tǒng)中的應(yīng)用。
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