控制摩擦并在許多情況下使摩擦最小化是歷史上一直追求的目標(biāo)。從經(jīng)典的Amontons-Coulomb定律到最近的納米級實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)摩擦是滑動界面的固有屬性，通常無法按需更改。在這項(xiàng)工作中，我們表明可以通過簡單的機(jī)械應(yīng)變來可逆地調(diào)整石墨烯片上的摩擦力。特別地，通過施加拉伸應(yīng)變（最高0.60％），我們能夠在懸浮的石墨烯上實(shí)現(xiàn)超潤滑狀態(tài)（摩擦系數(shù)接近0.001）。我們的原子模擬以及原子解析的摩擦圖像表明，面內(nèi)應(yīng)變有效地調(diào)節(jié)了石墨烯的柔韌性。因此，接觸界面的局部釘扎能力發(fā)生了變化，從而導(dǎo)致了異常的應(yīng)變相關(guān)摩擦行為。這項(xiàng)工作表明，原子尺度結(jié)構(gòu)的可變形性可以提供一個(gè)額外的通道來調(diào)節(jié)涉及結(jié)構(gòu)柔性材料的接觸界面的摩擦。
Figure 1. （A）示意圖顯示了不同應(yīng)變懸浮石墨烯的形貌和摩擦測量結(jié)果；（B）具有不同應(yīng)變的加壓單層石墨烯氣泡的典型3D圖；（C）石墨烯氣泡的中心區(qū)域，具有變化應(yīng)變的懸浮石墨烯的拉曼光譜；（D）在負(fù)載的石墨烯和懸浮的石墨烯上測得的摩擦力與法向力；（E）通過線性擬合D中的平均摩擦力與法向力曲線獲得的摩擦系數(shù)隨石墨烯應(yīng)變的變化。
Figure 2. （A）在1.4 nN的正常載荷和30 nm/s的滑動速度下測得具有不同應(yīng)變的石墨烯的原子尺度粘滑曲線；（B）能量耗散和峰值橫向力，（插圖）具有不同應(yīng)變的懸浮石墨烯的粘合圖（比例尺，2μm。）
Figure 3. （A）石墨烯應(yīng)變加載和摩擦力測試過程示意圖；（B）石墨烯表面摩擦系數(shù)隨應(yīng)變的變化；（C）松弛石墨烯和探針針尖接觸狀態(tài)示意圖；（D）拉伸狀態(tài)下石墨烯和探針針尖接觸狀態(tài)的示意圖。
相關(guān)研究成果于2019年由清華大學(xué)航天航空學(xué)院李群仰教授、馮西橋教授與國家納米中心劉璐琦研究員、張忠研究員以及西安交通大學(xué)李蘇植教授合作完成，發(fā)表在Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America（www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1907947116）上。原文：
Tuning friction to a superlubric state via in-plane straining。
