金與石墨烯“零”摩擦的邂逅

材料牛注：將石墨烯納米帶固定在原子力顯微鏡上并拖曳到金表面，由此可觀察到兩者之間的摩擦力相當小。

石墨烯，一種特殊的碳結構，在涂布機零件和電子開關的領域里有著多樣的應用潛力。一個由巴賽爾大學的物理學家所率領的國際團隊，一直在納米尺度下研究這種材料的潤滑性。由于它幾乎沒有摩擦力，所以能大幅地降低機器使用上的磨耗。

將來，石墨烯可以用作非常薄的涂層，讓機械零件間幾乎零摩擦。這是因為在石墨烯上改良碳的極高的潤滑性──或稱「超級潤滑性」的緣故。在機械和電子設備上利用石墨烯的此特性，不僅可以改善能源利用率，也可以大幅地延長設備的使用壽命。

由巴賽爾大學和電子探針顯微分析學家組成的國際物理協會，已采取雙管齊下的方法──同時結合實驗與計算，來研究具有超常潤滑性的石墨烯。為了達到這一點，學者將二維碳原子絲(也就是所謂的石墨烯納米帶)固定到探針尖端上，并將他們拖曳到金的表面。運用計算機來檢測他們移動時的表面交互作用。由巴賽爾大學的Ernst Meyer教授率領的研究團隊利用此種方法，希望能徹底了解這「超潤滑性」的原因；直到現在，這一領域的研究仍然很少。

透過研究石墨烯帶，研究人員希望了解的不只是滑移現象。測量碳基材料的機械性質也有其道理，因它為涂料和微機械開關的廣泛應用帶來可觀的潛能。在未來甚至電子開關也可被納米機械開關所取代，比起傳統晶體管的開關切換，其具有更低的耗能。

該實驗揭示了近乎完美的無摩擦運動。表示石墨烯帶能以極小的力(2到200皮牛頓)移動5至50納米的長度，在實驗觀察與計算機模擬間呈現高度的一致性。

模擬與實驗結果之間的差異，僅出現在測量尖端與金表面距離較大的時候(5納米或以上)。這可能是因為石墨烯帶邊緣有氫飽和，而其并未納入模擬的計算中。

“我們的實驗結果幫助我們更加了解在納米尺度的化學操作，并為將來創造無摩擦涂料鋪展了道路。”研究人員如是寫道。

該研究成果已發表于Science上。

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感謝材料人編輯部曾慶輝提供素材。