香港城市大学（香港城大）与北京大学（北大）的研究人员成功在石墨烯片上直接测量及模拟二维（2D）水/冰的纳米级超润滑表现。
这次的联合研究，首次揭示二维双层水/冰和石墨烯片之间的静态摩擦状态几乎完全消失。有关发现为纳米流体工程及纳米摩擦学领域的研究带来重大进展，有助促进发掘纳米过滤及减少摩擦消耗的潜在应用。
相关的研究成果最近在国际学术期刊《科学》上发表，论文题目为“利用原子分辨率探究二维水传输的结构超滑润性”。
纳米流体工程及纳米摩擦学是纳米科学技术的重要研究领域。超润滑性通常是指两个滑动固体表面之间近乎理想的无摩擦状态，其动态摩擦系数低于0.01。
由香港城大材料科学及工程学系系主任及讲座教授曾晓成教授领导的计算研究团队，对单层石墨烯上二维水/冰的滑动表现进行了全面的分子动力模拟研究。
曾教授（中）及其研究团队。（图片来源：香港城市大学）
香港城大研究人员专注了解静态摩擦表现，并计算出二维冰/石墨烯体系的最大静态摩擦力和静态摩擦系数。为确切模拟真实的实验系统，以分子动力模拟的2D冰尺寸从几纳米以至数百纳米不等，与北大实验中形成的各种冰岛大小相近。
香港城大团队发现单位面积静态摩擦力与双层冰/石墨烯的接触面积成反比，两者之间的关系大约为~-0.5的乘数次方，与实验测量结果相符。更值得留意的是，较为大尺寸的2D冰岛，其静态摩擦系数甚至可低于0.01。这些发现表明二维双层冰与石墨烯之间的静态摩擦表现符合超润滑特性，与北大团队从实验中发现的静态摩擦表现趋势一致。
石墨烯上的2D水/冰（左）横向滑动与低静态摩擦系数（右）。（图片来源：香港城市大学）
曾教授进一步阐述这项实验与理论计算结合的基础研究的重要性，不但有助于纳米限制级别下从原子层面了解水传输的基本特性，更通过展示纳米软固体与硬固体之间静态摩擦的超润滑特性，推动纳米流体工程及纳米摩擦学的研究进一步发展。
曾教授说：“这项研究将进一步激励探讨新型超润滑纳米流体系统以及节能摩擦系统的实际应用。”
石墨烯上二维水/冰超润滑特性的设想绘图。（图片来源：香港城市大学）
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