生活中，摩擦現(xiàn)象無處不在。國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《自然》雜志，于2016年11月24日發(fā)表了西安交通大學(xué)最新的研究成果，該文章揭示了主導(dǎo)二維材料石墨烯的摩擦行為的機(jī)理，將我國(guó)在該領(lǐng)域的研究推向國(guó)際前沿水平。近日，該論文的第一作者，目前正在德國(guó)開展研究工作的西安交通大學(xué)金屬材料強(qiáng)度國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的李蘇植博士，在線接受了記者的采訪，講述了關(guān)于該研究的始末。
　　科學(xué)研究是個(gè)不斷發(fā)現(xiàn)的過程。自2004年首次被制備以來，以石墨烯為代表的二維材料因其獨(dú)特的電、磁、熱、力學(xué)等性質(zhì)，成為學(xué)術(shù)界研究的熱點(diǎn)。而對(duì)石墨烯的摩擦測(cè)試發(fā)現(xiàn)，它的摩擦行為也非常奇特，與石墨有明顯的不同。石墨烯的奇特摩擦行為引起人們對(duì)其內(nèi)在物理機(jī)制的廣泛關(guān)注和討論。在美國(guó)麻省理工大學(xué)李巨教授的指導(dǎo)下，李蘇植與清華大學(xué)、美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)等幾所著名學(xué)府的相關(guān)教授展開合作研究，最終對(duì)主導(dǎo)石墨烯摩擦行為的內(nèi)在機(jī)制給予了細(xì)致而深入的解釋。 　　“我們的研究手段并不是傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試，而是最近二三十年新興的一種新的研究方法——計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)。通過構(gòu)建相應(yīng)的模型再現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的重要細(xì)節(jié)，可以深入地理解實(shí)驗(yàn)結(jié)果并對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象給予一個(gè)合理的解釋。”李蘇植告訴記者，正是因?yàn)?ldquo;工具”上的創(chuàng)新，主導(dǎo)二維材料摩擦行為機(jī)制的研究很快取得進(jìn)展。
　　通過原子模擬，該合作研究團(tuán)隊(duì)首次重現(xiàn)了石墨烯摩擦行為的所有核心現(xiàn)象，并提出了二維材料可能存在的一種全新的摩擦演化及調(diào)控機(jī)制。新的研究表明：在接觸摩擦過程中，石墨烯由于層數(shù)不同，確實(shí)會(huì)引起表面變形能力的差異，進(jìn)而影響真實(shí)的接觸面積；但這種單純的褶皺效應(yīng)對(duì)界面摩擦力的影響在部分情況下很可能十分有限。
　　如果把石墨看作一本書，那么石墨烯就是其中的一頁(yè)，在滑動(dòng)過程中，薄薄的石墨烯很容易形成褶皺，并可隨時(shí)調(diào)整幾何構(gòu)型以適應(yīng)外界接觸環(huán)境的變化。正是這種特殊的調(diào)控能力，使得石墨烯在摩擦中具有奇特的演化效應(yīng)以及層數(shù)依賴性。基于此機(jī)理，研究團(tuán)隊(duì)還提出并論證了通過對(duì)二維材料施加可控變形來實(shí)現(xiàn)對(duì)表面摩擦行為大范圍調(diào)控的新思路。
　　團(tuán)隊(duì)成員西安交通大學(xué)教授丁向東表示，基礎(chǔ)研究的性質(zhì)決定了這項(xiàng)研究無法迅速產(chǎn)生效益，但它的影響深遠(yuǎn)。他解釋說，這篇文章發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)摩擦理論在二維材料中應(yīng)用的局限性，完善并擴(kuò)展了主導(dǎo)二維材料的摩擦機(jī)制。同時(shí)，進(jìn)一步提出了一種通過二維材料幾何構(gòu)型來調(diào)控摩擦行為的思路，對(duì)光學(xué)、電學(xué)等其他方面的研究也有重要啟示作用。在實(shí)際應(yīng)用方面，作為新一代的固體潤(rùn)滑劑，石墨烯在諸多方面都表現(xiàn)出優(yōu)于傳統(tǒng)材料的特性，當(dāng)前的工作有望作為理論依據(jù)，進(jìn)一步指導(dǎo)石墨烯作為納米固態(tài)潤(rùn)滑材料在實(shí)際中的應(yīng)用。
　　《自然》雜志在同期的“新聞與評(píng)論”專欄發(fā)表了專題評(píng)述，對(duì)文章給予積極評(píng)價(jià)：“該工作不僅揭示了石墨烯奇特摩擦行為的來源，而且引發(fā)了對(duì)摩擦機(jī)理在諸多層面上的探索，同時(shí)也為人們以一種可控的方式來研究復(fù)雜體系的摩擦強(qiáng)化行為提供了可能性。”