日本确定石墨烯涂层的低摩擦化现象 并查明了其机理

hrconn

日本科学技术振兴机构（JST）2016年2月26日宣布，对因石墨烯的作用而摩擦变得非常低的“超润滑现象”的观察取得了成功，并查明了其机理。据称，将来有望在表面涂一层石墨烯来降低机械部件间的摩擦，以实现超薄膜固体润滑剂技术。

物质与物质之间的接触面（界面），随着表面上双方原子的灵活移动、对齐，会产生很强的吸附力，形成摩擦力。而构成石墨烯的碳原子之间的键合力非常强，原子几乎是不动的，因此原子不会对齐，界面产生的吸附力较弱。

要查明石墨烯导致的超润滑现象，就必须要对基板物质与石墨烯之间的界面实施纳米级的摩擦特性检测。但迄今为止很难在基板表面上配置界面的原子结构及结晶面的排列方向明确的石墨烯。此次通过在洁净的金基板表面上生成石墨烯纳米带的方法，解决了这一问题，利用扫描隧道显微镜和原子力显微镜成功地确认了直接的运动。

在金基板表面上生成的石墨烯带，宽度为7个碳原子，长度为1n～50nm。在利用扫描隧道显微镜时观察到，即使在探针与试样（石墨烯带）的相互作用力减至非常小的状态下，试样也会不经意地向长方向运动。用原子力显微镜定量性检测其摩擦力时，长27nm的石墨烯仅为105pN。据称这意味着，在室温下摩擦力低到了逊于热能的程度。

另外，用扫描隧道显微镜的探针拾起石墨烯一端进行拖曳的实验结果表明，摩擦力以相当于金表面的金原子间距离的0.28nm为周期发生变化。这是因称为人字形结构的六方最密堆积晶格结构（HCP）和面心立方晶格结构（FCC）的金基板表面的凹凸变化的影响。已确认了利用分子动力学方法计算的结果与观测结果是一致的。

此为日本JST战略性创造研究推进事业的一环，是与德国德累斯顿工业大学、瑞士联邦材料试验研究所、德国马普学会高分子研究所、瑞士巴塞尔大学的共同研究。此次成果已刊登在2月26日（美国时间）的科学杂志《Science》在线速报版上。