石墨烯二维材料摩擦演化取得突破性进展

2004年首次被制备以来，以石墨烯为代表的二维材料因其独特的电、磁、热、力学等性质成为学术界研究的热点。尤其是石墨烯的奇特摩擦行为引起人们对其内在物理机制的广泛关注和讨论。

金属材料强度国家重点实验室（西安交通大学）与美国麻省理工学院、清华大学、美国宾夕法尼亚大学等开展合作研究，在石墨烯二维材料摩擦演化方面取得突破性进展。该研究工作通过原子模拟首次重现了石墨烯摩擦行为的所有核心现象，提出了二维材料可能存在一种全新的摩擦演化及调控机制。

研究表明：在接触摩擦过程中，石墨烯由于层数不同，会引起表面变形能力的差异，进而影响真实的接触面积，但这种单纯的粘着褶皱效应对界面摩擦力的影响在部分情况下可能十分有限。通过对原子尺度界面作用力的统计分析，研究人员发现主导界面摩擦（包括其瞬态演化）行为的关键因素是界面的咬合“质量”，即上下表面原子间的局部钉扎强度和整个界面咬合作用的协同性。

在滑动过程中，石墨烯由于具有超强的面外变形能力，能够动态地调整其构型从而改变与压头原子之间紧密接触和协同钉扎的程度。这种特殊的“接触质量”调控能力，使得石墨烯在摩擦中具有奇特的演化效应以及层数依赖性。基于此机理，研究团队提出并论证了通过对二维材料施加可控变形实现对表面摩擦行为大范围调控的新思路。

该项研究首次阐述了石墨烯摩擦演化行为的机理，相关的“接触质量”理论对于其它拥有超柔力学特性的二维材料具有普适性，对进一步理解固体界面摩擦行为的物理机制具有重要的指导意义。作为新一代的固体润滑剂，石墨烯在诸多方面都表现出优于传统材料的特性，本工作对于石墨烯在摩擦和磨损领域的应用提供了相应的理论支持。2016年11月24日相关成果在著名学术期刊《自然》上发表。