清华结构超滑研讨团队初次试验展现微米标准异
来源:意见网 发表于2019-07-09 22:58:07 编辑:曾国藩
摘要: 7月31日电 7月30日,清华大学结构超滑研讨团队在资料范畴世界尖端学术期刊《天然资料》(Nature Materials)上宣布了《微米标准石墨/六方氮化硼层状异质结中

  7月31日电 7月30日,清华大学结构超滑研讨团队在资料范畴世界尖端学术期刊《天然·资料》(Nature Materials)上宣布了《微米标准石墨/六方氮化硼层状异质结中的鲁棒性结构超滑》(Robust microscale superlubricity in graphite/hexagonal boron nitride layered heterojunctions)的研讨论文,这是该团队在超滑研讨范畴取得的又一重大进展。

  冲突是人类历史上研讨和利用得最长远、最根底、最重要的现象之一,对科学和技能都有十分重要的意义。对科学而言,冲突虽然听上去简略 两个物体外表之间作相对滑移运动导致的能量消耗,但因为它根源于原子之间的相互作用和断键,是一个以力学原理为主的跨学科、跨标准、非线性和非保存系统的杂乱现象。对技能而言,当今工业化国家仍然有高达约1/4动力因冲突而消耗掉,约80%机械部件失效因为磨损形成;因为冲突磨损是无法防止的存在,许多要害的技能(从航天器、高铁、计算机存储、到微机电系统等)遇到开展瓶颈;不少美好的规划,仅能存在于人们的梦想或科幻小说之中。

  有没有根本性的处理途径呢?早在1983年人们就提出有可能在两个原子级润滑、且以原子摆放非公度触摸的固体外表之间完结近零冲突的概念(现被称之为结构超滑,Structural Superlubricity)。2004年,荷兰科学院院士Frenken教授团队报导了纳米标准、高真空条件下结构超滑存在的初次试验证明(石墨-石墨烯冲突副)。但直到2019年,不少学者一向以为更大标准的结构超滑不可能完结。

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  (a)试验设备图,微米标准石墨岛在原子力显微镜针尖驱动下相关于六方氮化硼外表滑动;(b)试验测得的微米标准单晶石墨和六方氮化硼外表间的各向异性冲突力;(c)不同相对运动速度与环境下,法向载荷对冲突力的影响。内图表明1000个运动周期内冲突力的改变;(d)不同法向载荷和环境下,相对运动速度对冲突力的影响。

  2019年,郑泉流教授在清华大学微纳米力学与多学科穿插研讨中心(后简称CNMM)领衔的多学科(力学、物理、化学、资料、机械等)研讨团队首先在世界上试验证明了微米标准结构超滑的存在。这个效果不只推翻了人们曾经长时间的知道,更 马上将这个现象的研讨从学术爱好转化到实践使用 (Frenken点评)。尔后,全球性的结构超滑研讨进入了一个加快增长时间,并希望不久的将来在高端制作、信息、动力、航天等要害范畴催生革命性的全新技能。

  但是,以往观察到的结构超滑是在单一资料(如石墨)非共度触摸下完结的,在旋转触摸下会损失结构超滑特性。本文初次试验展现了微米标准异质(石墨和六方氮化硼单晶)界面中旋转安稳的结构超滑特性(见图)。此外,观察到异质界面的超滑特性在大气环境条件下继续安稳存在,而且对外部负载表现出简直无磨损的运动。经过全原子分子动力学模仿,本文进一步提醒了同质和异质范德瓦尔斯界面冲突各向异性的不同机制。

  以上效果是2019年清华微纳米力学与多学科穿插研讨中心的又一项穿插协作成功事例,首要体现在与清华冲突学国家重点试验室(SKLT)的全面深度协作。自2019年在世界上首先取得微米标准结构超滑打破以来,CNMM和SKLT的多学科研讨集体在世界顶尖期刊宣布的超滑研讨论文占有了全球该范畴的近 半壁河山 。刚刚结题,由郑泉流领衔、首要由CNMM和SKLT成员完结的榜首个973超滑专项的效果在《天然》《天然·纳米技能》《天然·资料》《天然·通讯》《物理谈论快报》《先进资料》《纳米快讯》等世界期刊宣布SCI录入的论文230余篇,申请专利37项,授权13项。

  本文的国内作者均为微纳米力学与多学科穿插研讨中心成员,榜首作者为2019级博士生宋一鸣(CNMM、机械工程系),论文一起通讯作者为马明副教授(机械工程系、SKLT、CNMM)和郑泉流教授(工程力学系、CNMM、SKLT、机械工程系)。论文协作者还包含以色列特拉维夫大学化学学院的大卫·曼德里(Davide Mandelli)博士,奥代德·霍德(Oded Hod)教授和迈克尔·乌尔巴赫(Michael Urbakh)教授。

  郑泉流教授长时间从事结构超滑研讨,已在《天然·资料》《天然·纳米技能》《天然·通讯》《物理谈论X》《物理谈论快报》这些顶尖杂志上共宣布相关论文13篇,为清华大学结构超滑团队的担任人。2019年,郑泉流在结构超滑及其资料系统的力学研讨上取得国家天然科学二等奖(榜首获奖人)。

  

  马明副教授于2019年头作为 青年千人 参加清华,近4年来相续在《天然·资料》(2篇)《天然·纳米技能》《物理谈论X》《物理谈论快报》等顶尖杂志上宣布了超滑相关的多篇有影响力的论文,现为郑泉流研讨团队详细担任超滑研讨的核心成员。

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