石墨烯二維材料摩擦演化取得突破性進展

　　 2004年首次被制備以來，以石墨烯為代表的二維材料因其獨特的電、磁、熱、力學等性質成為學術界研究的熱點。尤其是石墨烯的奇特摩擦行為引起人們對其內在物理機制的廣泛關注和討論。

　　 金屬材料強度國家重點實驗室（西安交通大學）與美國麻省理工學院、清華大學、美國賓夕法尼亞大學等開展合作研究，在石墨烯二維材料摩擦演化方面取得突破性進展。該研究工作通過原子模擬首次重現了石墨烯摩擦行為的所有核心現象，提出了二維材料可能存在一種全新的摩擦演化及調控機制。研究表明：在接觸摩擦過程中，石墨烯由于層數不同，會引起表面變形能力的差異，進而影響真實的接觸面積，但這種單純的粘著褶皺效應對界面摩擦力的影響在部分情況下可能十分有限。通過對原子尺度界面作用力的統計分析，研究人員發現主導界面摩擦（包括其瞬態演化）行為的關鍵因素是界面的咬合“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同性。在滑動過程中，石墨烯由于具有超強的面外變形能力，能夠動態地調整其構型從而改變與壓頭原子之間緊密接觸和協同釘扎的程度。這種特殊的“接觸質量”調控能力，使得石墨烯在摩擦中具有奇特的演化效應以及層數依賴性。基于此機理，研究團隊提出并論證了通過對二維材料施加可控變形實現對表面摩擦行為大范圍調控的新思路。

　　 該項研究首次闡述了石墨烯摩擦演化行為的機理，相關的“接觸質量”理論對于其它擁有超柔力學特性的二維材料具有普適性，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。作為新一代的固體潤滑劑，石墨烯在諸多方面都表現出優于傳統材料的特性，本工作對于石墨烯在摩擦和磨損領域的應用提供了相應的理論支持。2016年11月24日相關成果在著名學術期刊《自然》上發表。