清華新聞網(wǎng)5月28日電 5月27日，《美國科學(xué)院院報(bào)》（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，PNAS）以“載荷誘導(dǎo)的石墨烯界面的動(dòng)態(tài)行為轉(zhuǎn)變”（Load induced dynamical transitions at graphene interfaces）為題，在線報(bào)道了清華大學(xué)微納米力學(xué)與多學(xué)科交叉創(chuàng)新研究中心鄭泉水教授研究組在結(jié)構(gòu)超滑領(lǐng)域取得一個(gè)重要進(jìn)展，即實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到速度為294m/s的結(jié)構(gòu)超滑（此前的最高速度為25m/s），對(duì)應(yīng)的平均加速度高達(dá)~1010m/s2。
正壓力下石墨島內(nèi)的石墨片層高速滑出現(xiàn)象。(a)石墨島的電鏡圖片；(b)-(e)采用激光刀口法進(jìn)行的速度測(cè)量示意圖；(f)受壓的石墨島（左邊）內(nèi)片層飛出將右側(cè)石墨島的島蓋（藍(lán)色部分）剪切開；(g)受壓的石墨島（左邊）內(nèi)片層飛出時(shí)將右側(cè)石墨島的島蓋擊飛帶走；(h)-(i)對(duì)應(yīng)于(f)-(g)中受壓的石墨島內(nèi)的片層飛出前(藍(lán)色虛線)和飛出后（黑色實(shí)線）的高度截面圖（AFM測(cè)量圖）；(j)一個(gè)典型的采集到的石墨片層飛出時(shí)的光強(qiáng)信號(hào)變化；(k)測(cè)量得到的石墨片層高速飛出的速度分布統(tǒng)計(jì)圖。
摩擦是人類歷史上研究和利用的最久遠(yuǎn)、最基礎(chǔ)、最重要的現(xiàn)象之一，對(duì)物理、工程、化學(xué)、生物等領(lǐng)域具有十分重要的意義。由鄭泉水教授研究組于2012年開創(chuàng)的結(jié)構(gòu)超滑技術(shù)，是指兩個(gè)微米尺度以上固體表面間接觸摩擦近乎為零（簡(jiǎn)稱“零”）、磨損為零的現(xiàn)象。這個(gè)曾經(jīng)被認(rèn)為“不可能”的技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，為未來產(chǎn)生諸多的顛覆性技術(shù)帶來了難得的機(jī)遇。2018年，《自然》期刊邀請(qǐng)鄭泉水等分別撰寫了該期刊第一篇有關(guān)超滑的展望綜述；去年，深圳市政府和深圳市坪山區(qū)政府專款資助鄭泉水團(tuán)隊(duì)，在深圳設(shè)立了全球第一個(gè)結(jié)構(gòu)超滑技術(shù)研究機(jī)構(gòu)——深圳清華大學(xué)超滑技術(shù)研究所。
本文通過在實(shí)驗(yàn)中觀察到的兩個(gè)有趣的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，即“石墨片高速滑出行為”和“正壓力石墨片奇異振蕩行為”，以及利用實(shí)驗(yàn)室自行搭建的激光刀口設(shè)備，測(cè)量出目前報(bào)道的在結(jié)構(gòu)超滑條件下的最高速度(294m/s)，對(duì)應(yīng)的平均加速度極其驚人（~1010m/s2），可能是塊體材料（非基本粒子）報(bào)道過的最高加速度。進(jìn)一步的理論分析得到此過程中摩擦系數(shù)可低達(dá)10-6，是已經(jīng)報(bào)道的固體表面間接觸摩擦系數(shù)的最低值。基于此現(xiàn)象有望進(jìn)一步發(fā)展若干基于結(jié)構(gòu)超滑的新型微納器件，如微位移放大器、光開關(guān)等。
鄭泉水的兩位博士生彭德利和吳章輝為該論文的共同第一作者，鄭泉水教授為通訊作者，論文合作者還包括鄭泉水教授課題組2017級(jí)博士生史迪威、瞿蒼宇博士、姜海洋博士、宋一鳴博士、馬明副教授，以及美國科學(xué)院院士加布里埃爾?艾普莉（Gabriel Aeppli）教授和以色列特拉維夫大學(xué)邁克爾?烏爾巴赫（Michael Urbakh）教授。該論文的第一單位為清華大學(xué)工程力學(xué)系和清華大學(xué)微納米力學(xué)與多學(xué)科交叉研究中心，合作單位包括摩擦學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、清華大學(xué)機(jī)械工程系、保羅·謝勒研究所、蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院、洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院和以色列特拉維夫大學(xué)。
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https://www.pnas.org/content/early/2020/05/22/1922681117/tab-article-info
供稿：航院
編輯：李華山
審核：程曦
