摩擦在石墨烯上的科学
石墨烯，碳的表仅有一个原子厚，二维形式已经广泛研究的主题在很大程度由于其独特的强度、 电导率和化学稳定性。但尽管许多年的研究，一些石墨烯的基本属性是仍然不好理解，包括当东西滑沿着其表面时的方式。
现在，使用功能强大的计算机模拟，在麻省理工学院和其他地方的研究人员取得了重大进展过程中，包括为什么摩擦力随滑动它的对象不断向前发展，而不是保持不变，这与大多数其他已知的材料的理解。
结果介绍本周在自然 》 杂志中咀李，核能科学与工程和材料科学与工程在麻省理工学院，教授和其他七人麻省理工学院、 宾夕法尼亚大学和在中国和德国大学的论文。
石墨，组成多层石墨烯，块体材料是知名的固体润滑剂。（换句话说，像油一样，它可以添加之间相接触的材料，以减少摩擦。最近的研究表明，即使一层或几层石墨烯还可以提供有效的润滑。这可能用在小规模的热性能和电气接触和其它纳米器件。在这种情况下，摩擦或石墨烯与另一种材料，石墨烯，两块之间的了解是重要的保持一个良好的电气、 温度和机械连接。之前的研究发现，虽然一层石墨烯表面，减少摩擦，有几个是更好。然而，其原因不是良好解释之前，李说。
李说，”还有这种广义的概念在摩擦摩擦取决于真实接触面积，”— — 那就是，两种材料在哪里真的在联系人中，达到原子水平的地区。”真实”的接触面积是往往大大小于它否则似乎是如果观察到更大的大小尺度。确定真实接触面积是重要的是理解不仅在片断之间摩擦的程度，但也其他特征如电传导或热转移。
例如，解释合著者 Robert Carpick 宾夕法尼亚大学”当两个零件在一台机器做喜欢的钢制齿轮，两轮齿接触的实际金额钢接触是比它看上去，因为齿轮轮齿很粗糙，和接触只发生在最上面的突出点，在表面上的要小得多。如果表面进行抛光奉承者以便将多一倍的领域就是接触，摩擦然后将两次一样高。换句话说，摩擦力双打如果直接接触的真实面积的两倍”。
但事实情况是比科学家们曾认为的更复杂。李和他的同事发现，我们还有其他方方面面的接触影响摩擦力如何获取传输越过它。李解释说”我们称之为质量的接触，而不是数量的接触 ‘true 接触’ 的地区，用来衡量”。
实验观测了表明当纳米物体滑动单层石墨烯，摩擦力实际上增加起初之前最终趋于稳定。这种效应贬抑，夷为平地了摩擦力减小当越来越多的石墨烯薄片上滑动。这种现象也出现在其他层的材料，包括二硫化钼。以前曾试图解释这种变化在摩擦，没有看到在这些二维的材料，不掉短。
要确定联系人的质量，就必须知道每个原子的两个表面上的确切位置。联系人的质量取决于如何整齐的原子的配置是在两个物体表面相接触，和这些路线同步性。计算机仿真结果表明，这些原来要比传统的测量在解释材料的摩擦行为，根据李更重要的因素。
“你不能解释增加的摩擦”作为材料开始幻灯片”由刚刚接触区域，”李说。”大部分的摩擦的变化实际上是接触，不是真正的接触区域的质量变动。”研究人员发现，滑动原因石墨烯原子要更好地接触与滑动沿着它; 该对象的行为这种增加的接触质量导致摩擦滑动式收益增加和最终趋于。影响是联系的强为单层石墨烯，因为石墨烯是联系的如此灵活，原子可以移动到位置更好，用尖。
李说，很多因素可以影响质量的接触，包括表面，轻微的曲率，和在两个固体层，得到的气体分子的刚性。但通过了解这个过程的工作的方式，工程师们现在可以采取具体步骤，改变那摩擦的行为，以匹配特定的预期的使用的材料。例如，”prewrinkling”的石墨烯材料可以给它更大的灵活性和提高质量的接触。”我们可以使用，摩擦相差三倍，而真正接触面积几乎没有变化，”他说。
“换句话说，它不是只是材料本身”，决定了它的幻灯片，但也是其边界条件 — — 包括是否松动和皱纹或扁和拉伸紧，他说。这些原则不只是对石墨烯适用也适用于其他二维材料，如二硫化钼、 氮化硼或其他单原子或单分子厚。
“可能，移动的机械接触可用作作为一种方式，要很好的功率开关管在小型电子设备，”李说。但这仍是一些的路;而石墨烯是一种有前途的材料被广泛的研究，”我们仍在等待看石墨烯电子学和 2 D 电子起飞。它是一个新兴的领域。
“研究人员已经研究石墨烯的独特摩擦行为了很多年，但这些意见的复杂机制仍未完全被了解，”说 Ashlie 马提尼，工程在默塞德，加利福尼亚大学副教授曾不参与这项工作。”本文应对挑战头上和提供的摩擦起源的新见解，我预期将一般适用于二维材料石墨烯”。
马丁尼补充说:”论文的作者正确地表明他们的工作可以用作 ‘调谐’ 在石墨烯上的摩擦奠定了基础。实际执行这个调整有显著的影响，可能和令人兴奋的下一步，基于这项研究将实施拟议调整作为可控摩擦在科学和工程应用的第一步”。
除了李和 Carpick，研究小组成员包括前麻省理工学院和美国宾夕法尼亚大学访问学生钟波李，现在洪堡研究员在德国;Qunyang 李清华中国大学的;鑫刘在宾夕法尼亚大学，现在英特尔;德国卡尔斯鲁厄理工学院的彼得 Gumbsch湘东丁和君太阳在西安交大在中国。