Nature：石墨烯表面摩擦行为模拟！

日常生活中，摩擦行为随处可见。从钻木取火到润滑剂、车轮以及轴承等工业元件，摩擦对于日常生活、国防工业以及航空航天等领域的重要性不言而喻。

石墨烯，作为一种“黑金”材料，也逐渐在润滑剂以及各种金属摩擦元件中展开研究和应用。研究发现，当AFM探针从无定形Si基底之上的石墨烯表面滑过时，石墨烯的摩擦会发生暂时性的增强，且石墨烯层数越少，摩擦越大。至今，石墨烯这种奇怪的摩擦行为，机理并不清晰。

因此，研究石墨烯的摩擦行为，对于精确调控石墨烯力学性能，从微观角度指导宏观世界中摩擦领域的材料设计和应用，是非常有趣且有意义的一件事。

图1.石墨烯在微观尺度的接触和摩擦行为

 

有鉴于此，西安交通大学李巨、清华大学李群仰和宾夕法尼亚大学Robert W. Carpick等人合作，利用理论模拟研究了石墨烯在微观尺度的接触和摩擦行为机理。

 

图2. 探针滑过石墨烯表面时的接触和摩擦行为

 

 

研究得到以下结论：

1）石墨烯片的弯曲导致结构扭曲，增强了接触界面的相互作用力，从而增强摩擦。

2）石墨烯层数越少，越容易弯曲，摩擦越大。
       3）石墨烯的基底对于摩擦行为具有重要影响。

 

然而，是什么导致这种扭曲行为随着探针滑动而迁移扩展？石墨烯的基底到期如何作用？如果探针和石墨烯基底都是晶态材料，摩擦行为又会有什么不同？这些，有待进一步深入研究！

 

模拟视频

 

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1. Suzhi Li, Qunyang Li, Robert W. Carpick, Ju Li  et al. The evolving quality of frictional contact with graphene. Nature 2016, 539, 541–545.

2. Astrid S. de Wijn. Nanoscience: Flexible graphene strengthens friction. Nature 2016, 539, 502–503.