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宏觀尺度下的石墨烯固體潤(rùn)滑薄膜

來(lái)源: X-MOL 2017-07-07 11:42:13

石墨烯因具有高機(jī)械強(qiáng)度、原子級(jí)光滑表面及較低的層間剪切阻力，在固體潤(rùn)滑領(lǐng)域受到了廣泛的關(guān)注。然而如何制備大面積、高質(zhì)量、易轉(zhuǎn)移與低成本的石墨烯，并將其作為性能優(yōu)異的固體潤(rùn)滑劑仍是目前石墨烯摩擦學(xué)研究面臨的挑戰(zhàn)之一。近日，清華大學(xué)摩擦學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的科研人員與合作者基于Marangoni效應(yīng)制備了大面積石墨烯薄膜并將其應(yīng)用于宏觀尺度的石墨烯摩擦學(xué)研究。特別指出的是，本研究中石墨烯薄膜同時(shí)轉(zhuǎn)移至球-盤(pán)摩擦副表面，并在宏觀尺度下實(shí)現(xiàn)了石墨烯相對(duì)石墨烯的相對(duì)滑動(dòng)，并獲得了最低為0.05的摩擦系數(shù)。

研究團(tuán)隊(duì)采用石墨烯薄膜自組裝法，在去離子水表面獲得了大面積、易轉(zhuǎn)移的石墨烯薄膜，從而實(shí)現(xiàn)將石墨烯薄膜同時(shí)轉(zhuǎn)移至摩擦副氮化硅球（Φ=4 mm）與硅片（10 mm × 10 mm）上。與此同時(shí)，該研究還探索了石墨烯厚度、退火處理、載荷對(duì)于石墨烯摩擦學(xué)行為的影響及相關(guān)機(jī)理。他們基于SEM、TEM及Raman等表征手段對(duì)接觸區(qū)進(jìn)行了表征，發(fā)現(xiàn)在較低的載荷下，球-盤(pán)接觸區(qū)始終存在石墨烯薄膜，從而阻止了摩擦副基底的磨損，同時(shí)石墨烯相對(duì)石墨烯滑動(dòng)的低剪切阻力也使摩擦系數(shù)始終穩(wěn)定在較低的水平。

這一研究結(jié)果實(shí)現(xiàn)了宏觀尺度下具有優(yōu)異摩擦學(xué)性能的石墨烯薄膜及潤(rùn)滑體系（石墨烯 vs 石墨烯），同時(shí)也有望在其他固體潤(rùn)滑領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。該研究工作近期發(fā)表在ACS Appl. Mater. Interfaces 上，文章的通訊作者為清華大學(xué)的雒建斌院士、朱宏偉教授與張晨輝副教授，共同第一作者是清華大學(xué)的博士研究生吳璞與李昕明博士。

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