清华航院李群仰课题组等提醒超薄二维资料冲突
来源:海选网 发表于2019-07-09 11:50:07 编辑:艾薇儿
摘要: 11月25日电 近代冲突学研讨标明,三维固体资料在无磨损情况下的冲突行为往往与界面实在触摸面积的巨细直接相关。而清华大学航天航空学院李群仰课题

  11月25日电 近代冲突学研讨标明,三维固体资料在无磨损情况下的冲突行为往往与界面实在触摸面积的巨细直接相关。而清华大学航天航空学院李群仰课题组与协作者于11月24日在《天然》在线宣布题为 石墨烯冲突触摸界面的状况演化 (The evolving quality of frictional contact with graphene)标明,界面冲突关于二维资料存在共同的机理:二维资料因为其超薄的几许特性和超大的柔性,可以经过改动本身构型来影响触摸界面的钉扎状况,然后可从界面的 质 而不仅是 量 上来调控其冲突功能。

  自2004年石墨烯初次被制备以来,以石墨烯为代表的二维资料因其共同的电、磁、热、力学等性质,成为学术界研讨热门。前期试验标明,二维资料虽然厚度仅有若干分子层,但却具有与微观光滑剂相媲美的优异光滑功能,并且其冲突行为非常独特:关于铺展在低粘附基底上的二维资料,其冲突力与分子层数相关,层数越少冲突力越大;并且,滑动中界面冲突力会跟着先滑移间隔的添加而增大,呈现出一个显着的强化阶段,并终究在必定滑移间隔后会演化到一个稳态。

  石墨烯的独特冲突行为引起人们对其内涵物理机制的广泛重视和评论。关于冲突与分子层数间的依赖性,一般以为其源于二维资料的粘着褶皱效应(puckering effect):即在冲突过程中因为样品层数不同导致外表变形才能的差异,然后影响实在触摸面积以及终究的冲突阻力。而对二维资料冲突过程中展现出的演化行为,迄今传统的微观冲突理论目前为止一直未能给出一个合理的解说。

  经过原子模仿,李群仰课题组及其协作研讨团队初次重现了石墨烯冲突行为的中心现象,并提出了二维资料或许存在的一种全新的冲突演化及调控机制。新的研讨标明:在触摸冲突过程中,石墨烯因为层数不同,的确会引起外表变形才能的差异,然后影响实在的触摸面积;但这种单纯的粘着褶皱效应对界面冲突力的影响在部分情况下很或许非常有限。经过对原子标准界面效果力的详尽统计分析,研讨人员发现主导界面冲突(包含其瞬态演化)行为的关键因素是界面的咬合 质量 ,即上下外表原子间的部分钉扎强度(pinning capability)和整个界面咬协效果的协同性(commensurability)。在滑动过程中,石墨烯因为具有超强的面外变形才能,可以动态地调整其构型然后改动与压头原子之间严密触摸和协同钉扎的程度。正是这种特别的触摸界面 质量 调控才能,使得石墨烯在冲突中具有独特的演化效应以及层数依赖性。基于此机理,研讨团队还提出并证明了经过对二维资料施加可控变形来完结对外表冲突行为大范围调控的新思路。

  

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  原子模仿模型和效果:(a) 探针在铺展于粗糙基底上石墨烯滑动的模型;(b) 石墨烯在外表效果下粘着褶皱的描摹; (c) 滑动过程中的冲突力改变曲线; (d) 滑动界面原子标准效果力在不同阶段的分布图。

  该研讨作业初次论述了石墨烯冲突演化行为的机理,相关 触摸质量 理论关于其它具有超柔力学特性的二维资料也具有普适性。这是李群仰博士课题组继2019年4月在《科学》期刊 原子级超薄二维资料冲突特性 ,2019年11月在《天然》期刊宣布 源于键协效果的界面演化及状况与速率相关冲突规律的物理机理 , 2019年10月在《天然·资料》宣布 纳米标准改性石墨外表的负冲突系数行为 ,和2019年10月在《天然·通讯》宣布 经过莫尔云纹超晶格完结石墨烯外表牢靠的超低冲突 四项效果之后,在固体外表冲突微观机制范畴的又一重大突破。

  该作业是清华大学航天航空学院李群仰副教授与美国麻省理工大学李巨教授、宾夕法尼亚大学罗伯特·卡皮克(Robert Carpick)教授协作,辅导西安交通大学金属资料强度国家重点试验室孙军课题组的李苏植博士完结,参加该作业的还有西安交通大学的丁向东教授和孙军教授、德国卡尔斯鲁厄理工大学彼特·格布赫(Peter Gumbsch)教授等。论文的榜首作者为李苏植博士,论文的通讯作者为李群仰副教授、罗伯特·卡皮克教授和李巨教授。该研讨作业得到了科技部973方案项目、国家天然科学基金项目、青年千人方案等项目的赞助。

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