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金剛石納米顆粒和石墨烯的組合可實現“超潤滑”
2015年06月17日 發布 分類:技術前沿 點擊量:3247
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來自美國能源部阿爾貢國家實驗室的研究人員構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,是一系列機械系統高度追求的特性。

 

研究人員:Ani Sumant,Ali Erdemir,Subramanian Sankaranarayanan,Sanket Deshmukh,和 Diana Berman 結合金剛石、石墨烯和碳獲得超潤滑性能 ( 圖片來源 : 阿貢國家實驗室 ) 

 

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在一起。


為了構造一種可以消除這種現象的材料,研究團隊結合三個關鍵組分-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電能力的碳同素異構體,僅有一個原子層厚,形成二維六角形晶格。我們已經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模生產可行的方法。


結合這三種材料,阿貢國家實驗室的研究人員觀察到在摩擦時,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,產生了微型球類軸承結構,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生的現象,也在阿貢領先計算設施使用了米拉超級計算機來進行大規模原子計算,表明該現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,但處在潮濕的環境時,超潤滑特性不能維持。


為了解開奧秘,研究者再次轉向了原子計算,表明水層的存在抑制了納米卷的形成,導致了更高的摩擦。團隊認為,該發現可能會對這個領域產生重大影響。


“每個人都夢想在廣泛的機械系統中實現超潤滑,但這是一個很難實現的目標,”研究員說。“從這項研究中獲得的知識對減磨設計至關重要,可應用到從發動機或渦輪機到計算機硬盤和微機電系統”中。

 

這項研究結果被發表在《科學快報》雜志上。

 

新材料在線編譯整理——翻譯:Grubby  校正:摩天輪

自:新材料在線


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