|
超潤滑現象的概念圖。以綠色球表示在基板表面上運動(dòng)的分子鏈中的原子，以紅色波浪線(xiàn)表示基板表面上的潛在凹凸，以紫色球表示相互作用力。
圖A為利用掃描隧道顯微鏡對石墨烯納米帶的移動(dòng)實(shí)施觀(guān)察的圖像。雙層影像的地方表示有移動(dòng)。圖B左側為利用原子力顯微鏡對石墨烯納米帶的內部結構實(shí)施直接觀(guān)察的圖像。
日本科學(xué)技術(shù)振興機構（JST）2016年2月26日宣布，對因石墨烯的作用而摩擦變得非常低的“超潤滑現象”的觀(guān)察取得了成功，并查明了其機理。據稱(chēng)，將來(lái)有望在表面涂一層石墨烯來(lái)降低機械部件間的摩擦，以實(shí)現超薄膜固體潤滑劑技術(shù)。
物質(zhì)與物質(zhì)之間的接觸面（界面），隨著(zhù)表面上雙方原子的靈活移動(dòng)、對齊，會(huì )產(chǎn)生很強的吸附力，形成摩擦力。而構成石墨烯的碳原子之間的鍵合力非常強，原子幾乎是不動(dòng)的，因此原子不會(huì )對齊，界面產(chǎn)生的吸附力較弱。
要查明石墨烯導致的超潤滑現象，就必須要對基板物質(zhì)與石墨烯之間的界面實(shí)施納米級的摩擦特性檢測。但迄今為止很難在基板表面上配置界面的原子結構及結晶面的排列方向明確的石墨烯。此次通過(guò)在潔凈的金基板表面上生成石墨烯納米帶的方法，解決了這一問(wèn)題，利用掃描隧道顯微鏡和原子力顯微鏡成功地確認了直接的運動(dòng)。
在金基板表面上生成的石墨烯帶，寬度為7個(gè)碳原子，長(cháng)度為1n～50nm。在利用掃描隧道顯微鏡時(shí)觀(guān)察到，即使在探針與試樣（石墨烯帶）的相互作用力減至非常小的狀態(tài)下，試樣也會(huì )不經(jīng)意地向長(cháng)方向運動(dòng)。用原子力顯微鏡定量性檢測其摩擦力時(shí)，長(cháng)27nm的石墨烯僅為105pN。據稱(chēng)這意味著(zhù)，在室溫下摩擦力低到了遜于熱能的程度。
另外，用掃描隧道顯微鏡的探針拾起石墨烯一端進(jìn)行拖曳的實(shí)驗結果表明，摩擦力以相當于金表面的金原子間距離的0.28nm為周期發(fā)生變化。這是因稱(chēng)為人字形結構的六方最密堆積晶格結構（HCP）和面心立方晶格結構（FCC）的金基板表面的凹凸變化的影響。已確認了利用分子動(dòng)力學(xué)方法計算的結果與觀(guān)測結果是一致的。
此為日本JST戰略性創(chuàng )造研究推進(jìn)事業(yè)的一環(huán)，是與德國德累斯頓工業(yè)大學(xué)、瑞士聯(lián)邦材料試驗研究所、德國馬普學(xué)會(huì )高分子研究所、瑞士巴塞爾大學(xué)的共同研究。此次成果已刊登在2月26日（美國時(shí)間）的科學(xué)雜志《Science》在線(xiàn)速報版上。（特約撰稿人：工藤 宗介）
?歡迎進(jìn)入【粉體論壇】
更多精彩！歡迎掃描下方二維碼關(guān)注中國粉體技術(shù)網(wǎng)官方微信（bjyyxtech）
|
