金与石墨烯“零”摩擦的邂逅

材料牛注：将石墨烯纳米带固定在原子力显微镜上并拖曳到金表面，由此可观察到两者之间的摩擦力相当小。

石墨烯，一种特殊的碳结构，在涂布机零件和电子开关的领域里有着多样的应用潜力。一个由巴赛尔大学的物理学家所率领的国际团队，一直在纳米尺度下研究这种材料的润滑性。由于它几乎没有摩擦力，所以能大幅地降低机器使用上的磨耗。

将来，石墨烯可以用作非常薄的涂层，让机械零件间几乎零摩擦。这是因为在石墨烯上改良碳的极高的润滑性──或称「超级润滑性」的缘故。在机械和电子设备上利用石墨烯的此特性，不仅可以改善能源利用率，也可以大幅地延长设备的使用寿命。

由巴赛尔大学和电子探针显微分析学家组成的国际物理协会，已采取双管齐下的方法──同时结合实验与计算，来研究具有超常润滑性的石墨烯。为了达到这一点，学者将二维碳原子丝(也就是所谓的石墨烯纳米带)固定到探针尖端上，并将他们拖曳到金的表面。运用计算机来检测他们移动时的表面交互作用。由巴赛尔大学的Ernst Meyer教授率领的研究团队利用此种方法，希望能彻底了解这「超润滑性」的原因；直到现在，这一领域的研究仍然很少。

透过研究石墨烯带，研究人员希望了解的不只是滑移现象。测量碳基材料的机械性质也有其道理，因它为涂料和微机械开关的广泛应用带来可观的潜能。在未来甚至电子开关也可被纳米机械开关所取代，比起传统晶体管的开关切换，其具有更低的耗能。

该实验揭示了近乎完美的无摩擦运动。表示石墨烯带能以极小的力(2到200皮牛顿)移动5至50纳米的长度，在实验观察与计算机模拟间呈现高度的一致性。

模拟与实验结果之间的差异，仅出现在测量尖端与金表面距离较大的时候(5纳米或以上)。这可能是因为石墨烯带边缘有氢饱和，而其并未纳入模拟的计算中。

“我们的实验结果帮助我们更加了解在纳米尺度的化学操作，并为将来创造无摩擦涂料铺展了道路。”研究人员如是写道。

该研究成果已发表于Science上。

原文参考地址

感谢材料人编辑部曾庆辉提供素材。