574 / 2021-06-19 19:00:56

石墨烯原子台阶的微观磨损规律

      机械设备的润滑是降低能源消耗的有效途径，二维材料由于其极高的机械强度和层间易剪切性能有很大潜力成为先进润滑剂。作为典型的二维材料，石墨烯弹性模量能达到1TPa，固有强度为150GPa，抗疲劳次数可达10亿次以上，在微观尺度具有很低的摩擦系数（COF），在纳米尺度甚至可以达到超滑（COF<0.01），然而在宏观尺度上石墨烯作为润滑涂层的COF通常大于0.1。以往的研究表明这可能与石墨烯原本的结构缺陷或者由于他的化学惰性难以与摩擦副形成稳定摩擦膜有关。我们通过原子力显微镜的磨损实验研究发现，石墨烯在较低载荷的情况下会从边缘开始逐渐产生磨损从而导致润滑失效，通过对数据的分析和针尖与磨屑的表征发现这是一个应力辅助的化学反应去除的过程。通过密度泛函计算发现石墨烯的磨损是机械化学共同作用的结果，从能量的贡献分析得到界面化学作用是主导作用。我们的结果显示抑制石墨烯的化学反应就可以降低石墨烯的磨损，进而保持石墨烯的润滑效果。