石墨烯表面結(jié)構(gòu)與其摩擦性能的關(guān)系

從技術(shù)進步角度而言，多層石墨烯是一種很有前途的碳基納米材料，但其表面結(jié)構(gòu)和性能之間的關(guān)系尚不完全清楚。釜山國立大學(xué)的科學(xué)家們最近的一項研究分析了多層石墨烯表面的納米褶皺對摩擦力產(chǎn)生的影響。他們的發(fā)現(xiàn)有可能為石墨烯固體潤滑劑和微/納米級機械設(shè)備的應(yīng)用鋪平道路。

石墨烯由單層碳原子組成，是碳基二維納米材料。它具有許多特性，可以在下一代電子、光學(xué)、催化、生物醫(yī)學(xué)和許多其他領(lǐng)域加以利用。近年來，許多科學(xué)家將注意力集中在化學(xué)氣相沉積(CVD)技術(shù)，它是一種生產(chǎn)大片石墨烯的低成本技術(shù)，取代了傳統(tǒng)的機械剝離法，后者只能生產(chǎn)小片石墨烯。然而，采用CVD技術(shù)制備的石墨烯存在大量的表面結(jié)構(gòu)和缺陷，包括褶皺、晶粒界面(非連續(xù)結(jié)晶)和雜原子。由于石墨烯非常薄，即使表面微小的起伏也會對其性能產(chǎn)生極大影響，因此“表面-性質(zhì)”關(guān)系成為一個重要的研究領(lǐng)域。研究小組首先使用原子力顯微鏡(AFM)的原子探針對CVD多層石墨烯的表面進行刮擦，將聚合物殘渣清除。然后使用AFM成像、摩擦力顯微鏡和拉曼光譜進行鑒別，研究各種表面結(jié)構(gòu)以及它們在納米尺度下對摩擦產(chǎn)生的影響。有趣的是，他們發(fā)現(xiàn)只有頂層石墨烯的扭曲會影響納米層間的摩擦力，摩擦力隨載荷變化。

發(fā)動機油等液體潤滑油不適合外太空或極地等惡劣環(huán)境，但石墨烯良好的機械摩擦性能使其成為理想的無毒替代品。多層CVD石墨烯的另一個潛在應(yīng)用為需要對摩擦進行精確控制的微/納米器件領(lǐng)域。

[靳愛民摘譯自Science News，2022-03-09]