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令人驚訝的發(fā)現(xiàn):鉑表面的石墨烯似乎違背了庫侖定律

2023-03-13 11:45 作者:瑞輕鋁潤滑  | 我要投稿


來自巴塞爾和特拉維夫的研究人員發(fā)現(xiàn),在鉑表面的特定石墨烯結(jié)構(gòu)中,摩擦力隨速度而變化,這違背了庫侖定律,該定律指出,在宏觀世界中摩擦力與速度無關(guān)。由單原子層制成的材料因其低摩擦性而受到高度重視,在減少硬盤或衛(wèi)星或太空望遠鏡的移動部件的摩擦方面非常有用。




原子力顯微鏡下尖端和莫伊雷超級結(jié)構(gòu)之間的摩擦力取決于尖端在表面移動的速度。資料來源:巴塞爾大學物理系和Scixel公司


石墨烯由單層碳原子像蜂窩一樣排列組成,是一個最好的例子,正在研究其作為潤滑層的潛力。早期的研究表明,石墨烯帶可以在黃金表面上幾乎無摩擦地滑行。


如果將石墨烯應用于鉑金表面,它對可測量的摩擦力有很大影響?,F(xiàn)在,來自巴塞爾大學和特拉維夫大學的物理學家在《納米通訊》雜志上報告說,在這種情況下,摩擦力取決于原子力顯微鏡(AFM)的尖端在表面移動的速度。這一發(fā)現(xiàn)令人驚訝,因為根據(jù)適用于宏觀世界的庫侖定律,摩擦力并不取決于速度。


與鉑金基底結(jié)合,石墨烯不再只形成碳原子的六邊形蜂窩圖案,而是形成被稱為莫伊雷超晶格的超級結(jié)構(gòu)。這時,表面不再是完全平坦的,而是表現(xiàn)出一定程度的粗糙度。

"如果我們以低速將AFM尖端移過這個略帶波紋的表面,我們會測量到一個微弱且?guī)缀鹾愣ǖ哪Σ亮Γ?#34;來自瑞士納米科學研究所和巴塞爾大學物理系的恩斯特-邁耶教授解釋說。


第一作者宋一鳴博士補充說:"然而,超過一定的閾值,摩擦力就會隨著AFM針尖的速度增加。莫伊雷結(jié)構(gòu)的上層越大,摩擦力變得與速度有關(guān)的閾值越低"。


研究人員發(fā)現(xiàn),在原子力顯微鏡針尖的移動過程中,莫伊雷上層結(jié)構(gòu)的脊部有更大的阻力。這些脊狀部位由于推動尖端而發(fā)生彈性變形,然后在壓力足夠大時再次放松。這種效應帶來更大的摩擦力,并隨著針尖的速度增加,模擬和分析模型證實了這個國際研究小組獲得的實驗結(jié)果。


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