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超潤(rùn)滑現(xiàn)象的概念圖。以綠色球表示在基板表面上運(yùn)動(dòng)的分子鏈中的原子，以紅色波浪線表示基板表面上的潛在凹凸，以紫色球表示相互作用力。
圖A為利用掃描隧道顯微鏡對(duì)石墨烯納米帶的移動(dòng)實(shí)施觀察的圖像。雙層影像的地方表示有移動(dòng)。圖B左側(cè)為利用原子力顯微鏡對(duì)石墨烯納米帶的內(nèi)部結(jié)構(gòu)實(shí)施直接觀察的圖像。
日本科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)（JST）2016年2月26日宣布，對(duì)因石墨烯的作用而摩擦變得非常低的“超潤(rùn)滑現(xiàn)象”的觀察取得了成功，并查明了其機(jī)理。據(jù)稱，將來有望在表面涂一層石墨烯來降低機(jī)械部件間的摩擦，以實(shí)現(xiàn)超薄膜固體潤(rùn)滑劑技術(shù)。
物質(zhì)與物質(zhì)之間的接觸面（界面），隨著表面上雙方原子的靈活移動(dòng)、對(duì)齊，會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的吸附力，形成摩擦力。而構(gòu)成石墨烯的碳原子之間的鍵合力非常強(qiáng)，原子幾乎是不動(dòng)的，因此原子不會(huì)對(duì)齊，界面產(chǎn)生的吸附力較弱。
要查明石墨烯導(dǎo)致的超潤(rùn)滑現(xiàn)象，就必須要對(duì)基板物質(zhì)與石墨烯之間的界面實(shí)施納米級(jí)的摩擦特性檢測(cè)。但迄今為止很難在基板表面上配置界面的原子結(jié)構(gòu)及結(jié)晶面的排列方向明確的石墨烯。此次通過在潔凈的金基板表面上生成石墨烯納米帶的方法，解決了這一問題，利用掃描隧道顯微鏡和原子力顯微鏡成功地確認(rèn)了直接的運(yùn)動(dòng)。
在金基板表面上生成的石墨烯帶，寬度為7個(gè)碳原子，長(zhǎng)度為1n～50nm。在利用掃描隧道顯微鏡時(shí)觀察到，即使在探針與試樣（石墨烯帶）的相互作用力減至非常小的狀態(tài)下，試樣也會(huì)不經(jīng)意地向長(zhǎng)方向運(yùn)動(dòng)。用原子力顯微鏡定量性檢測(cè)其摩擦力時(shí)，長(zhǎng)27nm的石墨烯僅為105pN。據(jù)稱這意味著，在室溫下摩擦力低到了遜于熱能的程度。
另外，用掃描隧道顯微鏡的探針拾起石墨烯一端進(jìn)行拖曳的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，摩擦力以相當(dāng)于金表面的金原子間距離的0.28nm為周期發(fā)生變化。這是因稱為人字形結(jié)構(gòu)的六方最密堆積晶格結(jié)構(gòu)（HCP）和面心立方晶格結(jié)構(gòu)（FCC）的金基板表面的凹凸變化的影響。已確認(rèn)了利用分子動(dòng)力學(xué)方法計(jì)算的結(jié)果與觀測(cè)結(jié)果是一致的。
此為日本JST戰(zhàn)略性創(chuàng)造研究推進(jìn)事業(yè)的一環(huán)，是與德國(guó)德累斯頓工業(yè)大學(xué)、瑞士聯(lián)邦材料試驗(yàn)研究所、德國(guó)馬普學(xué)會(huì)高分子研究所、瑞士巴塞爾大學(xué)的共同研究。此次成果已刊登在2月26日（美國(guó)時(shí)間）的科學(xué)雜志《Science》在線速報(bào)版上。（特約撰稿人：工藤 宗介）
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