摩擦的調(diào)控，尤其在很多情況下摩擦的降低，一直是人們長(zhǎng)期追尋的目標(biāo)。清華大學(xué)航天航空學(xué)院李群仰、馮西橋教授課題組與合作者于10月28日在《美國(guó)科學(xué)院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America)在線發(fā)表題為《摩擦的應(yīng)變調(diào)控及超潤(rùn)滑狀態(tài)的實(shí)現(xiàn)》(Tuning friction to a superlubric state via in-plane straining)的論文。研究表明，通過(guò)簡(jiǎn)單的面內(nèi)拉伸即可對(duì)石墨烯表面的摩擦進(jìn)行動(dòng)態(tài)、可逆的調(diào)控；特別是，僅需給石墨烯加載0.6%的面內(nèi)應(yīng)變，其表面將呈現(xiàn)出近似超潤(rùn)滑的摩擦狀態(tài)。

近代摩擦理論一般認(rèn)為，對(duì)于清潔、無(wú)磨損的彈性固體接觸界面，摩擦力往往與原子尺度“真實(shí)”接觸面積成正比。該比例系數(shù)稱為摩擦剪切強(qiáng)度，通常由滑動(dòng)界面的原子尺度特征所決定，例如原子質(zhì)量、相互作用力的性質(zhì)和界面的公度性等。盡管影響摩擦剪切強(qiáng)度的因素十分復(fù)雜，但對(duì)于一個(gè)給定接觸副材料的無(wú)磨損、彈性滑動(dòng)界面，其摩擦剪切強(qiáng)度也往往是確定的。

李群仰、馮西橋課題組與合作者利用微鼓泡技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)石墨烯面內(nèi)應(yīng)變的穩(wěn)態(tài)加載，進(jìn)而通過(guò)對(duì)不同拉伸狀態(tài)下的石墨烯表面摩擦進(jìn)行表征。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)于石墨烯表面摩擦力與其面內(nèi)應(yīng)變密切相關(guān)。隨著拉伸應(yīng)變的增加，表面摩擦力會(huì)顯著降低；特別是當(dāng)拉伸應(yīng)變達(dá)到0.6%時(shí)，石墨烯表面甚至可以進(jìn)入一種近似超潤(rùn)滑的狀態(tài)。這種利用應(yīng)變對(duì)摩擦力的調(diào)控現(xiàn)象是可逆的、且與石墨烯表面的粘附以及探針材料的選擇無(wú)關(guān)。借助分子模擬與超高分辨的摩擦實(shí)驗(yàn)圖像，研究團(tuán)隊(duì)揭示了這種獨(dú)特的應(yīng)變依賴性的機(jī)制：二維材料的面內(nèi)應(yīng)變可以有效地影響其離面方向的變形能力(柔度)，進(jìn)而導(dǎo)致外部探針壓頭與二維材料接觸界面上的原子尺度釘扎能力發(fā)生改變；這種界面接觸“質(zhì)量”的改變有效地了調(diào)控滑動(dòng)界面的摩擦行為。

該研究工作首次實(shí)現(xiàn)了通過(guò)宏觀應(yīng)變加載對(duì)界面原子尺度接觸“質(zhì)量”進(jìn)行可控的調(diào)節(jié)，進(jìn)而達(dá)到對(duì)材料表面摩擦行為的動(dòng)態(tài)、可逆調(diào)控；該實(shí)驗(yàn)結(jié)果直接驗(yàn)證了李群仰課題組前期工作中提出的接觸“質(zhì)量”可主導(dǎo)并調(diào)控固體材料表面摩擦的物理模型(The evolving quality of frictional contact with graphene)(Nature, 539, 2016)。這也是李群仰教授課題組繼“原子級(jí)超薄二維材料摩擦特性”(Frictional Characteristics of Atomically Thin Sheets)(Science, 328, 2010)、“源于鍵合作用的界面演化及狀態(tài)與速率相關(guān)摩擦定律的物理機(jī)理”(Frictional ageing from interfacial bonding and the origins of rate and state friction)(Nature, 480, 2011)、“納米尺度改性石墨表面的負(fù)摩擦系數(shù)行為”(Adhesion-dependent negative friction coefficient on chemically modified graphite at the nanoscale)(Nat. Mat., 11, 2012)和“通過(guò)莫爾云紋超晶格實(shí)現(xiàn)石墨烯表面可靠的超低摩擦”(Robust ultra-low friction state of graphene via moiré superlattice confinement)(Nat. Comm., 7, 2016)，在固體表面摩擦微觀機(jī)制領(lǐng)域的又一重大突破。

該工作是清華大學(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。清華大學(xué)航院博士生張帥、國(guó)家納米中心博士生侯淵和西安交通大學(xué)李蘇植教授為論文共同第一作者，論文通訊作者為清華大學(xué)航天航空學(xué)院李群仰教授。該研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、科技部973計(jì)劃項(xiàng)目、清華大學(xué)摩擦學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自由探索項(xiàng)目等項(xiàng)目的資助。

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