不同接触尺度下石墨烯摩擦学性能研究进展

石墨烯是石墨的基本结构组成单元,是由碳原子以sp^2杂化轨道组成、呈六角型蜂巢状且具有独特二维结构的纳米材料。由于其优异的机械及润滑特性,成为近年来国内外摩擦学领域研究的聚点和热点。大量研究表明:石墨烯不仅在微纳接触尺度下展现出超润滑性能,而且在宏观接触方式下也展现出非凡的摩擦学特性。详细介绍了石墨烯在微观接触和宏观接触状态下摩擦学性能的影响因素。在微观接触状态下,滑动发生在完美、平滑的基础面晶面上,施加的载荷小,接触面小,其摩擦学性能主要受到结构形变、表面清洁(包括缺陷、环境、化学官能团)、公度/非公度结构等因素影响。在宏观接触状态下,施加的载荷大,接触面积大,影响因素众多,除了上述在微观接触状态时提到的影响因素,还涉及材料本身存在的各向异性、晶界以及宏观力的破坏等作用,受到棱边键及摩擦引起的悬键暴露和定序摩擦界面的形成的影响。基于此,分析了石墨烯获得不同尺度超低摩擦所需的必要条件和润滑机制,展望了石墨烯摩擦学研究未来发展方向和仍需解决的问题。