电场中的摩擦特性对于石墨烯作为固体润滑剂在石墨烯基微/纳机电系统中的应用非常重要。基于导电原子力显微镜的研究表明，石墨烯与SiO2/Si衬底之间的界面水会影响石墨烯在电场中的摩擦。没有施加电压的摩擦仍然很低，因为界面水保持稳定的冰状网络。但是，施加电压后的摩擦力会增加，因为极性水分子会被电场吸引并聚集在尖端周围。聚集的界面水不仅增加了石墨烯的变形，而且在摩擦滑动过程中还被尖端推动，从而导致摩擦力增加。这些研究为石墨烯作为固体润滑剂在电场中的应用提供了有益的指导。
图 1. 石墨烯与(a)无偏压尖端(0 V)和(b)负偏压尖端(5 V)摩擦后的形貌图像。在10 nN的正常负载、500 nm的扫描距离和1 Hz的扫描速率下记录摩擦。(c)当尖端电压分别为0 V和5 V时，摩擦随时间的变化。插图显示了单次扫描中横向力的变化。(df)石墨烯沿(a)和(b)线的高度分布。
图 2. (a) 扫描尺寸为 500 × 500 nm 和正常负载为 10 nN 的摩擦图像。虚线方块表示纳米凸块的位置。 (b) 与摩擦图像同时获取的地形图像。 (c) 追踪和回溯方向的横向力和 (d) 沿 (a) 中所示的绿线和红线的摩擦力。
图 3. (a)摩擦测量后的地形图图像和(b)图1b中黄色方块的附着力图。(c，d)图2b中蓝色和橙色圆圈的力-距离曲线。(e)扫描尺寸为6 × 6 μm的石墨烯的形貌图像。(f)沿(e)中所示的绿线和红线的高度轮廓。
图 4. (a) 摩擦测量前石墨烯的形貌。黑色、红色和蓝色线表示摩擦测量的位置。插图显示了沿白线的高度轮廓。 (b) 摩擦力作为负载的函数，电压为 0 V 和 -5 V。实线适合 DMT 模型。 (c) 摩擦测量后石墨烯的形貌。插图显示了将纳米凸块从石墨烯中推出后白盒的局部形貌。 (d) 沿 (c) 中红线、蓝线和绿线的高度剖面。 (e) 从 FEM 计算的尖端周围的电场强度分布。
图 5. 当（a）无偏尖端和（b）有偏尖端扫描石墨烯时界面水分子状态的示意图。
相关研究成果由东华大学Yitian Peng等人2022年发表在Nano Letters (https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c00361)上。原文：Role of Interfacial Water in the Tribological Behavior of Graphene in an Electric Field。
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