“摩擦”這一物理現(xiàn)象在日常生活中并不陌生，習以為常的走路、穿衣都離不開摩擦，沒有它，我們的生活可以說是“寸步難行”的。可是，不知你是否想過，我們對于摩擦的認識大都是建立在宏觀經(jīng)驗情況下的。如果走進納米尺度的微觀世界，走近獨特神秘的二維材料，看似簡單的“摩擦”也會變得奇妙無比。
二維材料是指二維材料是指厚度僅有單層原子/分子的晶體材料。自2004年石墨烯首次被成功分離以來，以它為代表的二維材料因其獨特的電、磁、熱、力、光學等性質成為學術研究的新熱點，科學家甚至預言石墨烯將“徹底改變21世紀”，“極有可能掀起一場席卷全球的顛覆性新技術產(chǎn)業(yè)革命”。
因此，無數(shù)學者致力于揭開二維材料摩擦的秘密，不懈探索、研精鉤深，清華航天航空學院李群仰課題組就是其中之一。2016年11月24日，他們于《自然》雜志在線發(fā)表題為“石墨烯摩擦接觸界面的狀態(tài)演化”的文章，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控機制。
李群仰課題組的研究表明，界面的咬合“質量”，即上下表面原子間的局部釘扎強度和整個界面咬合作用的協(xié)同性，是影響摩擦行為的關鍵因素。在滑動過程中，石墨烯由于具有超強的面外變形能力，能夠動態(tài)地調整其構型，從而改變與壓頭原子之間緊密接觸和協(xié)同釘扎程度。這一機制超越了摩擦學中二維材料粘著褶皺效應的經(jīng)典解釋，即在摩擦過程中二維材料由于樣品層數(shù)不同導致表面變形能力的差異，進而影響其真實接觸面積大小以及最終的摩擦阻力。
該研究工作首次闡述了石墨烯摩擦演化行為的機理，其“接觸質量”理論對于其它擁有超柔力學特性的二維材料也具有普適性——二維材料由于其超薄的幾何特性和超大的柔性，能夠從界面的“質”而不僅是“量”上來調控其摩擦性能，對進一步理解固體界面摩擦行為的物理機制具有重要的指導意義。此外，作為新一代的固體潤滑劑，石墨烯在諸多方面都表現(xiàn)出優(yōu)于傳統(tǒng)材料的特性，本工作對于石墨烯在摩擦和磨損領域更為有效的應用也提供了相應的理論支持。
這項研究由李群仰副教授與麻省理工大學李巨教授和賓夕法尼亞大學羅伯特·卡皮克教授合作，并指導西安交通大學李蘇植博士完成，西安交大、德國卡爾斯魯厄理工大學的教授也參與了工作。該論文的通訊作者為李群仰副教授、羅伯特·卡皮克教授和李巨教授。
