央廣網(wǎng)西安11月24日消息（記者雷愷）《Nature》雜志今天（11月24日）以“The evolving quality of frictional contact with graphene”為題在線發(fā)表西安交通大學(xué)金屬材料強(qiáng)度國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室科研人員合作研究成果：以石墨烯為代表的二維材料由于其超薄的幾何特性和超大的柔性，能夠通過(guò)改變自身構(gòu)型來(lái)影響接觸界面的釘扎狀態(tài)，進(jìn)而可從界面的“質(zhì)”而不僅是“量”上來(lái)調(diào)控其摩擦性能。

　　自2004年首次被制備以來(lái)，以石墨烯為代表的二維材料因其獨(dú)特的電、磁、熱、力學(xué)等性質(zhì)，成為學(xué)術(shù)界研究的熱點(diǎn)。通過(guò)原子模擬，西安交大合作研究團(tuán)隊(duì)首次重現(xiàn)了石墨烯摩擦行為的所有核心現(xiàn)象，并提出了二維材料可能存在的一種全新的摩擦演化及調(diào)控機(jī)制。新的研究表明：在接觸摩擦過(guò)程中，石墨烯由于層數(shù)不同，確實(shí)會(huì)引起表面變形能力的差異，進(jìn)而影響真實(shí)的接觸面積；但這種單純的粘著褶皺效應(yīng)對(duì)界面摩擦力的影響在部分情況下很可能十分有限。通過(guò)對(duì)原子尺度界面作用力做細(xì)致的統(tǒng)計(jì)分析，研究人員發(fā)現(xiàn)主導(dǎo)界面摩擦（包括其瞬態(tài)演化）行為的關(guān)鍵因素是界面的咬合“質(zhì)量”，即上下表面原子間的局部釘扎強(qiáng)度（pinning capability）和整個(gè)界面咬合作用的協(xié)同性（commensurability）。在滑動(dòng)過(guò)程中，石墨烯由于具有超強(qiáng)的面外變形能力，能夠動(dòng)態(tài)地調(diào)整其構(gòu)型從而改變與壓頭原子之間緊密接觸和協(xié)同釘扎的程度。正是這種特殊的“接觸質(zhì)量”調(diào)控能力，使得石墨烯在摩擦中具有奇特的演化效應(yīng)以及層數(shù)依賴性�；�于此機(jī)理，研究團(tuán)隊(duì)還提出并論證了通過(guò)對(duì)二維材料施加可控變形來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)表面摩擦行為大范圍調(diào)控的新思路。

　　該研究工作首次闡述了石墨烯摩擦演化行為的機(jī)理，相關(guān)的“接觸質(zhì)量”理論對(duì)于其它擁有超柔力學(xué)特性的二維材料也具有普適性，同時(shí)對(duì)進(jìn)一步理解固體界面摩擦行為的物理機(jī)制具有重要的指導(dǎo)意義。此外，作為新一代的固體潤(rùn)滑劑，石墨烯在諸多方面都表現(xiàn)出優(yōu)于傳統(tǒng)材料的特性，本工作對(duì)于石墨烯在摩擦和磨損領(lǐng)域更為有效的應(yīng)用也提供了相應(yīng)的理論支持。

　　據(jù)介紹，該項(xiàng)工作是由西安交通大學(xué)金屬材料強(qiáng)度國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室孫軍教授課題組的李蘇植博士，在美國(guó)麻省理工學(xué)院李巨教授的指導(dǎo)下，與清華大學(xué)航天航空學(xué)院李群仰副教授和美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)Robert W. Carpick教授合作完成，參與該工作的還有西安交通大學(xué)的丁向東教授、孫軍教授，德國(guó)卡爾斯魯厄理工大學(xué)Peter Gumbsch教授等。該研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金和國(guó)家973計(jì)劃項(xiàng)目、111引智計(jì)劃和西安交大微納制造與測(cè)試技術(shù)國(guó)際聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室等的資助。