電場中的摩擦特性對(duì)于石墨烯作為固體潤滑劑在石墨烯基微/納機(jī)電系統(tǒng)中的應(yīng)用非常重要。 基于導(dǎo)電原子力顯微鏡的研究表明，石墨烯與SiO2/Si襯底之間的界面水會(huì)影響石墨烯在電場中的摩擦。沒有施加電壓的摩擦仍然很低，因?yàn)榻缑嫠３址€(wěn)定的冰狀網(wǎng)絡(luò)。 但是，施加電壓后的摩擦力會(huì)增加，因?yàn)闃O性水分子會(huì)被電場吸引并聚集在尖端周圍。 聚集的界面水不僅增加了石墨烯的變形，而且在摩擦滑動(dòng)過程中還被尖端推動(dòng)，從而導(dǎo)致摩擦力增加。 這些研究為石墨烯作為固體潤滑劑在電場中的應(yīng)用提供了有益的指導(dǎo)。
圖 1. 石墨烯與(a)無偏壓尖端(0 V)和(b)負(fù)偏壓尖端(5 V)摩擦后的形貌圖像。在10 nN的正常負(fù)載、500 nm的掃描距離和1 Hz的掃描速率下記錄摩擦。(c)當(dāng)尖端電壓分別為0 V和5 V時(shí)，摩擦隨時(shí)間的變化。插圖顯示了單次掃描中橫向力的變化。(df)石墨烯沿(a)和(b)線的高度分布。
圖 2. (a) 掃描尺寸為 500 × 500 nm 和正常負(fù)載為 10 nN 的摩擦圖像。 虛線方塊表示納米凸塊的位置。 (b) 與摩擦圖像同時(shí)獲取的地形圖像。 (c) 追蹤和回溯方向的橫向力和 (d) 沿 (a) 中所示的綠線和紅線的摩擦力。
圖 3. (a)摩擦測(cè)量后的地形圖圖像和(b)圖1b中黃色方塊的附著力圖。(c，d)圖2b中藍(lán)色和橙色圓圈的力-距離曲線。(e)掃描尺寸為6 × 6 μm的石墨烯的形貌圖像。(f)沿(e)中所示的綠線和紅線的高度輪廓。
圖 4. (a) 摩擦測(cè)量前石墨烯的形貌。 黑色、紅色和藍(lán)色線表示摩擦測(cè)量的位置。插圖顯示了沿白線的高度輪廓。 (b) 摩擦力作為負(fù)載的函數(shù)，電壓為 0 V 和 -5 V。實(shí)線適合 DMT 模型。 (c) 摩擦測(cè)量后石墨烯的形貌。 插圖顯示了將納米凸塊從石墨烯中推出后白盒的局部形貌。 (d) 沿 (c) 中紅線、藍(lán)線和綠線的高度剖面。 (e) 從 FEM 計(jì)算的尖端周圍的電場強(qiáng)度分布。
圖 5. 當(dāng)（a）無偏尖端和（b）有偏尖端掃描石墨烯時(shí)界面水分子狀態(tài)的示意圖。
相關(guān)研究成果由東華大學(xué)Yitian Peng等人2022年發(fā)表在Nano Letters (https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c00361)上。原文：Role of Interfacial Water in the Tribological Behavior of Graphene in an Electric Field。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
