三秦都市報(bào)石墨烯未來將用作納米固體潤(rùn)滑劑

三秦都市報(bào)石墨烯未來將用作納米固體潤(rùn)滑劑



據(jù)編輯介紹，5月23日，《三秦都市報(bào)》第五版出版了《石墨烯與摩擦》。石墨烯與摩擦的關(guān)系是什么介紹了西安交通大學(xué)李素志博士及其團(tuán)隊(duì)在未來發(fā)現(xiàn)的石墨烯的摩擦行為和機(jī)理，或?qū)⒂米骷{米固體潤(rùn)滑材料。全文轉(zhuǎn)載如下：

石墨烯燈泡，石墨烯鋰電池，關(guān)于石墨烯的新聞層出不窮。最近，一些媒體報(bào)道，中國(guó)專家用纖維素為原料，從玉米芯中提取糠醛等物質(zhì)，制備生物質(zhì)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(xué)家們?cè)谘芯渴﹩嶙屛覀儊砜纯催@個(gè)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(xué)獎(jiǎng)。

我們對(duì)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(jié)構(gòu)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(dāng)書寫時(shí)，一個(gè)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(gè)M下觀察到。顯微鏡是由數(shù)以百萬甚至數(shù)以百萬計(jì)的單碳原子層疊加而成的。當(dāng)只取其中一個(gè)碳原子層時(shí)，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?yàn)槭┑暮穸群苄。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(xué)家張光宇說石墨烯很簡(jiǎn)單。他舉了一個(gè)簡(jiǎn)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(gè)原子層。原子層是由六個(gè)碳環(huán)組成的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，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(shù)萬層、數(shù)千萬層，這種材料對(duì)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?dú)v史學(xué)家根據(jù)人類使用的材料，將人類歷史分為石器時(shí)代、青銅時(shí)代、鐵器時(shí)代和信息時(shí)代（即硅時(shí)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(shí)代的大門。

事實(shí)上，有很多方法可以獲得石墨烯。機(jī)械剝皮的原理很簡(jiǎn)單，一層一層地解理，最后得到單層石墨烯。目前，機(jī)械剝皮是制備單層高結(jié)晶石墨烯的主要方法。當(dāng)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(jī)械剝離、碳納米管橫向切割、化學(xué)氣相沉積、微波、電弧放電、液相剝離、光還原、外延生長(zhǎng)、溶劑熱法、石墨氧化還原法、電化學(xué)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(gè)原子層厚度，石墨烯的透射率約為97.7%。它的機(jī)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(qiáng)的材料，另外，石墨烯不僅具有良好的機(jī)械強(qiáng)度，而且具有良好的導(dǎo)電性。例如，銀和銅通常用作導(dǎo)電材料。石墨烯的導(dǎo)熱系數(shù)是銀和銅的100到200倍，過去金剛石的導(dǎo)熱系數(shù)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(diǎn)，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(chǎn)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(yīng)用為導(dǎo)向的科學(xué)家一直試圖將石墨烯的一些特殊性質(zhì)用于實(shí)際應(yīng)用。

科學(xué)家們一直在探索石墨烯。西安交通大學(xué)的李素志博士和他的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了石墨烯的摩擦行為和機(jī)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(dāng)我們搓手時(shí)，我們感覺到手掌溫暖著我們。D溫暖。通過大量的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，人們總結(jié)了摩擦學(xué)的規(guī)律，以便更好地指導(dǎo)人們?cè)诂F(xiàn)實(shí)中使用和控制摩擦。

在工業(yè)生產(chǎn)中，為了減少機(jī)械零件的磨損，經(jīng)常使用潤(rùn)滑劑來降低摩擦阻力，石墨是一種常用的固體潤(rùn)滑劑。石墨烯是一種二維材料，在力學(xué)、電學(xué)和熱學(xué)等方面表現(xiàn)出優(yōu)異而獨(dú)特的性能，其強(qiáng)度是T的100倍。石墨烯的摩擦試驗(yàn)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。滑動(dòng)一定距離后，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(guān)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(dú)特的電、磁、熱、力學(xué)性能成為學(xué)術(shù)研究的熱點(diǎn)，李素志博士等通過計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)成功地揭示了石墨烯摩擦的內(nèi)在原因。因?yàn)槭┲皇且粚雍鼙〉脑訉樱拖褚粭l很薄的圍巾，當(dāng)物體與它摩擦?xí)r，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(dòng)的地方?？朔Σ磷枇?。如果阿菲特被認(rèn)為是一本書，石墨烯是其中的一頁(yè)，很容易想象薄石墨烯很容易形成褶皺，而厚石墨很難產(chǎn)生這種局部幾何變形，因此它沒有石墨烯的幾何構(gòu)型相關(guān)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(diào)節(jié)的新機(jī)制，新的研究表明，石墨烯確實(shí)會(huì)由于不同的層間摩擦而導(dǎo)致表面變形能力的差異。實(shí)際接觸面積受摩擦過程的影響，但這種簡(jiǎn)單的粘著折疊效應(yīng)對(duì)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(jī)理。相關(guān)的接觸質(zhì)量理論也適用于其他具有超柔性力學(xué)性能的二維材料，對(duì)進(jìn)一步了解固體界面摩擦行為的物理機(jī)理具有重要的指導(dǎo)意義，此外，作為新一代固體潤(rùn)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(xué)的最新研究成果于2016年底發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《自然》上，無論在理論上還是在實(shí)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(yīng)用中的局限性在于對(duì)主要二維材料的摩擦機(jī)理進(jìn)行了改進(jìn)和擴(kuò)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(duì)光、電等方面的研究也有重要的啟示，在實(shí)際應(yīng)用中，一些研究表明石墨烯具有良好的潤(rùn)滑性和耐磨性。本文的工作有望為石墨烯作為納米固體潤(rùn)滑材料的實(shí)際應(yīng)用提供理論依據(jù)。

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