研究人员动态调整石墨烯的摩擦力

罗莎·埃斯皮诺萨-马扎尔

伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校土木与环境工程系罗莎·埃斯皮诺萨-马扎尔教授领导的研究人员表示，石墨烯表面的摩擦力可以利用外部电场动态调节。2023 年 9 月 19 日发表在《Nature Communications》杂志上的论文“Dynamically tuning friction at the graphene interface using the field effect,”详细介绍了这项工作。

摩擦在自然系统和工程系统中都起着关键作用，它决定了滑动接触的行为、影响材料的磨损、影响流体在表面上的流动等。可以通过选择设计组件（例如材料和粗糙度）来被动控制摩擦。然而，最近的趋势是研究可以在原位动态调整摩擦响应的系统，特别是随着微米级和纳米级设备变得越来越普遍。实现摩擦控制最有前途的途径之一是利用外部电场，它可以调节润滑剂和材料表面的特性以及它们之间的相互作用。

研究人员写道：“要超越现有技术，需要采用新颖的相互作用表面设计方法，而二维材料因其高机械强度以及化学和热稳定性而成为一种新的绝佳选择。”

石墨烯是碳的二维形式，有时因其独特和卓越的性能而被誉为“神奇材料”。涂有石墨烯薄膜的表面通常表现出非常低的摩擦力，但新的结果表明，通过在适当的条件下将表面暴露在电场中，可以“打开”石墨烯涂敷表面的摩擦力。然后可以将系统控制在这种较高摩擦状态，然后再切换回较低摩擦状态，所有这些都无需在接触表面之间施加大的电偏压。

Espinosa-Marzal 说：“这项工作除了允许动态控制摩擦，同时减轻施加直接偏置时滑动表面的磨损和腐蚀之外，还将对降低纳米和微型机电系统的能耗产生影响。”

该论文可在线获取。除 Espinosa-Marzal 之外，作者还有 Gus Greenwood、Jin Myung Kim、Shahriar Muhammad Nahid、Yeageun Lee、Amin Hajarian、SungWoo Nam。