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清華大學(xué)航天航空學(xué)院李群仰教授等--摩擦的應(yīng)變調(diào)控及超潤(rùn)滑狀態(tài)的實(shí)現(xiàn)
       控制摩擦并在許多情況下使摩擦最小化是歷史上一直追求的目標(biāo)。從經(jīng)典的Amontons-Coulomb定律到最近的納米級(jí)實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)摩擦是滑動(dòng)界面的固有屬性,通常無(wú)法按需更改。在這項(xiàng)工作中,我們表明可以通過(guò)簡(jiǎn)單的機(jī)械應(yīng)變來(lái)可逆地調(diào)整石墨烯片上的摩擦力。特別地,通過(guò)施加拉伸應(yīng)變(最高0.60%),我們能夠在懸浮的石墨烯上實(shí)現(xiàn)超潤(rùn)滑狀態(tài)(摩擦系數(shù)接近0.001)。我們的原子模擬以及原子解析的摩擦圖像表明,面內(nèi)應(yīng)變有效地調(diào)節(jié)了石墨烯的柔韌性。因此,接觸界面的局部釘扎能力發(fā)生了變化,從而導(dǎo)致了異常的應(yīng)變相關(guān)摩擦行為。這項(xiàng)工作表明,原子尺度結(jié)構(gòu)的可變形性可以提供一個(gè)額外的通道來(lái)調(diào)節(jié)涉及結(jié)構(gòu)柔性材料的接觸界面的摩擦。
 
Figure 1. (A)示意圖顯示了不同應(yīng)變懸浮石墨烯的形貌和摩擦測(cè)量結(jié)果;(B)具有不同應(yīng)變的加壓?jiǎn)螌邮馀莸牡湫?D圖;(C)石墨烯氣泡的中心區(qū)域,具有變化應(yīng)變的懸浮石墨烯的拉曼光譜;(D)在負(fù)載的石墨烯和懸浮的石墨烯上測(cè)得的摩擦力與法向力;(E)通過(guò)線性擬合D中的平均摩擦力與法向力曲線獲得的摩擦系數(shù)隨石墨烯應(yīng)變的變化。
 

Figure 2. (A)在1.4 nN的正常載荷和30 nm/s的滑動(dòng)速度下測(cè)得具有不同應(yīng)變的石墨烯的原子尺度粘滑曲線;(B)能量耗散和峰值橫向力,(插圖)具有不同應(yīng)變的懸浮石墨烯的粘合圖(比例尺,2μm。)
 

Figure 3. (A)石墨烯應(yīng)變加載和摩擦力測(cè)試過(guò)程示意圖;(B)石墨烯表面摩擦系數(shù)隨應(yīng)變的變化;(C)松弛石墨烯和探針針尖接觸狀態(tài)示意圖;(D)拉伸狀態(tài)下石墨烯和探針針尖接觸狀態(tài)的示意圖。
 
       相關(guān)研究成果于2019年由清華大學(xué)航天航空學(xué)院李群仰教授、馮西橋教授與國(guó)家納米中心劉璐琦研究員、張忠研究員以及西安交通大學(xué)李蘇植教授合作完成,發(fā)表在Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America(www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1907947116)上。原文:Tuning friction to a superlubric state via in-plane straining
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