石墨烯表面结构与其摩擦性能的关系

从技术进步角度而言，多层石墨烯是一种很有前途的碳基纳米材料，但其表面结构和性能之间的关系尚不完全清楚。釜山国立大学的科学家们最近的一项研究分析了多层石墨烯表面的纳米褶皱对摩擦力产生的影响。他们的发现有可能为石墨烯固体润滑剂和微/纳米级机械设备的应用铺平道路。

石墨烯由单层碳原子组成，是碳基二维纳米材料。它具有许多特性，可以在下一代电子、光学、催化、生物医学和许多其他领域加以利用。近年来，许多科学家将注意力集中在化学气相沉积(CVD)技术，它是一种生产大片石墨烯的低成本技术，取代了传统的机械剥离法，后者只能生产小片石墨烯。然而，采用CVD技术制备的石墨烯存在大量的表面结构和缺陷，包括褶皱、晶粒界面(非连续结晶)和杂原子。由于石墨烯非常薄，即使表面微小的起伏也会对其性能产生极大影响，因此“表面-性质”关系成为一个重要的研究领域。研究小组首先使用原子力显微镜(AFM)的原子探针对CVD多层石墨烯的表面进行刮擦，将聚合物残渣清除。然后使用AFM成像、摩擦力显微镜和拉曼光谱进行鉴别，研究各种表面结构以及它们在纳米尺度下对摩擦产生的影响。有趣的是，他们发现只有顶层石墨烯的扭曲会影响纳米层间的摩擦力，摩擦力随载荷变化。

发动机油等液体润滑油不适合外太空或极地等恶劣环境，但石墨烯良好的机械摩擦性能使其成为理想的无毒替代品。多层CVD石墨烯的另一个潜在应用为需要对摩擦进行精确控制的微/纳米器件领域。

[靳爱民摘译自Science News，2022-03-09]