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石墨烯是一種由單層碳原子構(gòu)成的蜂窩狀二維薄片，是目前已知的最薄、最堅硬、室溫下導(dǎo)電性最好并擁有強(qiáng)大靈活性的納米材料。然而自２００４年面世后的很長時間內(nèi)，由于制備技術(shù)局限、應(yīng)用領(lǐng)域需求未開，石墨烯的產(chǎn)業(yè)化之路仍停留在導(dǎo)入階段，處境有些尷尬。

西安交通大學(xué)教授孫軍課題組與國內(nèi)外合作團(tuán)隊11月24日在線發(fā)表于《自然》的一項研究表明：界面摩擦對二維材料存在獨(dú)特的機(jī)理，即二維材料由于其超薄的幾何特性和超大的柔性，能夠通過改變自身構(gòu)型影響接觸界面的釘扎狀態(tài)，進(jìn)而可從界面的“質(zhì)”而不僅是“量”調(diào)控其摩擦性能。該研究結(jié)論顛覆了近代摩擦學(xué)研究表明并遵循的“三維固體材料在無磨損情況下的摩擦行為往往與界面真實接觸面積大小直接相關(guān)”的論斷。

自2004年首次被制備以來，以石墨烯為代表的二維材料因其獨(dú)特的電、磁、熱、力學(xué)等性質(zhì)，成為學(xué)術(shù)界研究的熱點。但是對二維材料摩擦過程中展現(xiàn)出的演化行為，迄今傳統(tǒng)的微觀摩擦理論未能給出一個合理的解釋。

合作團(tuán)隊通過原子模擬，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(diào)控機(jī)制，即主導(dǎo)界面摩擦（包括其瞬態(tài)演化）行為的關(guān)鍵因素是界面的咬合“質(zhì)量”，也就是上下表面原子間的局部釘扎強(qiáng)度和整個界面咬合作用的協(xié)同性。正是這種特殊“接觸質(zhì)量”的調(diào)控能力，使得石墨烯在摩擦中具有奇特的演化效應(yīng)以及層數(shù)依賴性?；诖耍搱F(tuán)隊還提出并論證了通過對二維材料施加可控變形實現(xiàn)對表面摩擦行為大范圍調(diào)控的新思路。

該研究對于石墨烯在摩擦和磨損領(lǐng)域更為有效的應(yīng)用提供了相應(yīng)的理論支持。此次國際團(tuán)隊合作者包括孫軍課題組博士李蘇植、美國麻省理工學(xué)院教授李巨，清華大學(xué)副教授李群仰和美國賓夕法尼亞大學(xué)教授羅伯特·卡爾皮克等。