西交大学者揭示二维材料摩擦演化之谜

近代摩擦学研究表明，三维固体材料在无磨损情况下的摩擦行为往往与界面真实接触面积大小直接相关。而《自然》杂志于11月24日以“The Evolving Quality of Frictional Contact with Graphene”为题在线发表的一项研究成果表明，界面摩擦对于二维材料存在独特的机理：二维材料由于其超薄的几何特性和超大的柔性，能够通过改变自身构型来影响接触界面的钉扎状态，进而从界面的“质”而不仅是“量”上来调控其摩擦性能。

该项工作是由西安交通大学金属强度国家重点实验室孙军教授课题组的李苏植博士，在美国麻省理工学院李巨教授的指导下，与清华大学航天航空学院李群仰副教授和美国宾夕法尼亚大学Robert W.Carpick教授合作完成。参与该工作的还有西安交通大学的丁向东教授和孙军教授，德国卡尔斯鲁厄理工大学的Peter Gumbsch教授等。

自2004年首次被制备以来，以石墨烯为代表的二维材料因其独特的电、磁、热、力学等性质，成为学术界研究的热点。前期实验表明，二维材料尽管厚度仅有若干分子层，但却具有与宏观润滑剂相媲美的优异润滑性能，并且其摩擦行为十分奇特：对于铺展在低粘附基底上的二维材料，其摩擦力与分子层数相关，层数越少摩擦力越大；而且，滑动中界面摩擦力会先随着滑移距离的增加而增大，呈现出一个明显的强化阶段，并最终在一定滑移距离后演化到一个稳态。石墨烯的奇特摩擦行为引起人们对其内在物理机制的广泛关注和讨论。……