金剛石納米顆粒和石墨烯的組合可實現(xiàn)“超潤滑”
2015年06月17日 10:21 5802次瀏覽 來源： 中國有色網(wǎng) 分類： 新材料前沿
來自美國能源部阿爾貢國家實驗室的研究人員構(gòu)造了一種由石墨烯和金剛石組合而成的新材料，幾乎能夠完全克服摩擦。該特性被稱為超潤滑，是一系列機械系統(tǒng)高度追求的特性。
縮放到原子尺度，摩擦是因為原子卡在一起，使它們彼此很難通過。就像在一個裝雞蛋箱子上面滑動另一個箱子一樣，滑動過程中它們會獲得纏結(jié)在一起。
為了構(gòu)造一種可以消除這種現(xiàn)象的材料，研究團隊結(jié)合三個關(guān)鍵組分-金剛石納米顆粒，類金剛石碳表面和眾多小片狀石墨烯。
后者是一種具有極強導(dǎo)電能力的碳同素異構(gòu)體，僅有一個原子層厚，形成二維六角形晶格。我們已經(jīng)看到這種材料廣泛的潛在用途，包括紡織品、照明和防彈衣，目前研究人員在思考一種大規(guī)模生產(chǎn)可行的方法。
結(jié)合這三種材料，阿貢國家實驗室的研究人員觀察到在摩擦?xí)r，石墨烯片與金剛石納米顆粒在類金剛石碳表面上相互作用。實際上，石墨烯在金剛石顆粒周圍的卷起來，產(chǎn)生了微型球類軸承結(jié)構(gòu)，研究人員稱之為納米卷。
這些納米卷能夠在滑動過程中改變方向，從而防止兩個表面鎖在一起。研究人員對其進行測試來證明這是在納米級別發(fā)生的現(xiàn)象，也在阿貢領(lǐng)先計算設(shè)施使用了米拉超級計算機來進行大規(guī)模原子計算，表明該現(xiàn)象在宏觀尺度上的也同樣有效，至少在理論上如此。
雖然這些結(jié)果非常有前景，但團隊也遇到一個令人困惑的問題。鉆石/石墨烯組合材料在干燥條件下可極好地工作，但處在潮濕的環(huán)境時，超潤滑特性不能維持。
為了解開奧秘，研究者再次轉(zhuǎn)向了原子計算，表明水層的存在抑制了納米卷的形成，導(dǎo)致了更高的摩擦。
團隊認(rèn)為，該發(fā)現(xiàn)可能會對這個領(lǐng)域產(chǎn)生重大影響。
“每個人都夢想在廣泛的機械系統(tǒng)中實現(xiàn)超潤滑，但這是一個很難實現(xiàn)的目標(biāo)，”研究員說。“從這項研究中獲得的知識對減磨設(shè)計至關(guān)重要，可應(yīng)用到從發(fā)動機或渦輪機到計算機硬盤和微機電系統(tǒng)”中。
這項研究結(jié)果被發(fā)表在《科學(xué)快報》雜志上。
責(zé)任編輯：于璐
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