三秦都市報石墨烯未來將用作納米固體潤滑劑

三秦都市報石墨烯未來將用作納米固體潤滑劑



據編輯介紹，5月23日，《三秦都市報》第五版出版了《石墨烯與摩擦》。石墨烯與摩擦的關系是什么介紹了西安交通大學李素志博士及其團隊在未來發(fā)現(xiàn)的石墨烯的摩擦行為和機理，或將用作納米固體潤滑材料。全文轉載如下：

石墨烯燈泡，石墨烯鋰電池，關于石墨烯的新聞層出不窮。最近，一些媒體報道，中國專家用纖維素為原料，從玉米芯中提取糠醛等物質，制備生物質石墨烯材料。石墨烯到底是什么哪些功能受到高度重視科學家們在研究石墨烯嗎讓我們來看看這個石墨烯，它被稱為黑金和萬能材料。

安德烈海姆和他的同事康斯坦丁·諾沃喬洛夫也因用普通膠帶紙從石墨中剝離二維石墨烯而獲得2010年諾貝爾物理學獎。

我們對石墨并不陌生。石墨的元素是碳。通常我們用鉛筆，核心材料是石墨。石墨的結構是分層的，層之間的相互作用很弱。鉛筆芯利用了這一特性，當書寫時，一個微米大小的石墨層脫落。即使是微米厚度的石墨片，如果在一個M下觀察到。顯微鏡是由數以百萬甚至數以百萬計的單碳原子層疊加而成的。當只取其中一個碳原子層時，這就是單層石墨烯。因此，石墨可以看作是多層石墨烯的堆積。因為石墨烯的厚度很?。ù蠹s是百萬分之一毫米），所以這種材料也稱為二維材料，它區(qū)別于傳統(tǒng)的三維材料，如石墨和幾何尺寸。

科學家張光宇說石墨烯很簡單。他舉了一個簡單的例子來告訴人們石墨烯是什么，我們生活在三維空間，而石墨烯是二維空間，在Z方向只有一個原子層。原子層是由六個碳環(huán)組成的蜂窩狀結構，稱為石墨烯，石墨烯按一定的順序一層一層地堆積成許多、數萬層、數千萬層，這種材料對石墨材料非常熟悉，如何獲得石墨烯呢

石墨烯的發(fā)現(xiàn)有多重要歷史學家根據人類使用的材料，將人類歷史分為石器時代、青銅時代、鐵器時代和信息時代（即硅時代），石墨烯作為一種特殊的碳形式的發(fā)現(xiàn)，可能為人類開啟碳時代的大門。

事實上，有很多方法可以獲得石墨烯。機械剝皮的原理很簡單，一層一層地解理，最后得到單層石墨烯。目前，機械剝皮是制備單層高結晶石墨烯的主要方法。當然，研究人員也在努力尋找更多的方法來制備石墨烯。石墨烯的制備方法主要有石墨烯、石墨烯和石墨烯。亞phene包括微觀機械剝離、碳納米管橫向切割、化學氣相沉積、微波、電弧放電、液相剝離、光還原、外延生長、溶劑熱法、石墨氧化還原法、電化學還原法和碳化硅熱解法。

張廣宇說，石墨烯是一種物理尺度上的二維材料。它是超薄的，只有一個原子層厚度，石墨烯的透射率約為97.7%。它的機械性能很好。它的楊氏模量是1100 gpa，1平方米，單層石墨烯。如果做成吊床，貓可以毫無問題地坐在吊床上。石墨烯是一種很強的材料，另外，石墨烯不僅具有良好的機械強度，而且具有良好的導電性。例如，銀和銅通常用作導電材料。石墨烯的導熱系數是銀和銅的100到200倍，過去金剛石的導熱系數很好，石墨烯比金剛石好。在多大程度上，它大約是它的兩倍。

基于這些特點，人們開始懷疑石墨烯是否非常適用于透明觸摸屏、發(fā)光板、太陽能板等透明電子產品的原材料，未來石墨烯的發(fā)展非常廣闊，如人造電子皮膚、超薄傳感器、超薄電子器件等。為此，一些以應用為導向的科學家一直試圖將石墨烯的一些特殊性質用于實際應用。

科學家們一直在探索石墨烯。西安交通大學的李素志博士和他的團隊發(fā)現(xiàn)了石墨烯的摩擦行為和機理。摩擦在我們的生活中無處不在。例如，腳底和地面之間的摩擦使我們能夠行走；在寒冷的冬天，當我們搓手時，我們感覺到手掌溫暖著我們。D溫暖。通過大量的實驗現(xiàn)象，人們總結了摩擦學的規(guī)律，以便更好地指導人們在現(xiàn)實中使用和控制摩擦。

在工業(yè)生產中，為了減少機械零件的磨損，經常使用潤滑劑來降低摩擦阻力，石墨是一種常用的固體潤滑劑。石墨烯是一種二維材料，在力學、電學和熱學等方面表現(xiàn)出優(yōu)異而獨特的性能，其強度是T的100倍。石墨烯的摩擦試驗表明，石墨烯的摩擦行為也很特殊，這與石墨的摩擦行為明顯不同。例如，單石墨烯的摩擦力比石墨大，而且石墨烯的摩擦力在初始階段隨摩擦距離的增加而增大?；瑒右欢ň嚯x后，摩擦力是穩(wěn)定的，這與石墨的摩擦力自始至終是不一樣的，石墨烯的這些特殊現(xiàn)象引起了廣泛的關注和討論，但其根本原因尚不清楚。到目前為止，傳統(tǒng)的微摩擦理論還沒有給出合理的解釋。

自2004年首次制備以來，石墨烯等二維材料以其獨特的電、磁、熱、力學性能成為學術研究的熱點，李素志博士等通過計算機模擬技術成功地揭示了石墨烯摩擦的內在原因。因為石墨烯只是一層很薄的原子層，就像一條很薄的圍巾，當物體與它摩擦時，石墨烯容易發(fā)生局部幾何變形（如折疊），從而改變接觸區(qū)域的封閉方式，最終影響摩擦，這就是物體需要彼此移動的地方?？朔Σ磷枇?。如果阿菲特被認為是一本書，石墨烯是其中的一頁，很容易想象薄石墨烯很容易形成褶皺，而厚石墨很難產生這種局部幾何變形，因此它沒有石墨烯的幾何構型相關的摩擦特性。

通過原子模擬，首次再現(xiàn)了石墨烯摩擦行為的所有核心現(xiàn)象，并提出了二維材料中可能存在的摩擦演化和調節(jié)的新機制，新的研究表明，石墨烯確實會由于不同的層間摩擦而導致表面變形能力的差異。實際接觸面積受摩擦過程的影響，但這種簡單的粘著折疊效應對界面摩擦的影響在某些情況下可能非常有限，這是首次解釋石墨烯摩擦演化機理。相關的接觸質量理論也適用于其他具有超柔性力學性能的二維材料，對進一步了解固體界面摩擦行為的物理機理具有重要的指導意義，此外，作為新一代固體潤滑劑，石墨烯的性能優(yōu)于傳統(tǒng)材料在很多方面。

西安交通大學的最新研究成果于2016年底發(fā)表在國際頂級學術期刊《自然》上，無論在理論上還是在實踐上都具有重要意義，從理論上看，傳統(tǒng)摩擦理論在二維材料應用中的局限性在于對主要二維材料的摩擦機理進行了改進和擴展，并基于二維材料的大柔性，提出了用二維材料幾何控制摩擦行為的新思路。對光、電等方面的研究也有重要的啟示，在實際應用中，一些研究表明石墨烯具有良好的潤滑性和耐磨性。本文的工作有望為石墨烯作為納米固體潤滑材料的實際應用提供理論依據。

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