【摘要】 结构超润滑是现代摩擦学中一个引人注目的现象，它为润滑研究开辟了一条新的道路。

结构超润滑是现代摩擦学中一个引人注目的现象，它为润滑研究开辟了一条新的道路。1993年，研究人员报道了均匀MoS2界面的结构超润滑的早期实验迹象，然后观察到MoO3纳米晶体在MoS2表面沿特定方向移动时的高度各向异性摩擦。 Dienwiebel等人在纳米尺度上证明了结构超润滑的清晰实验证据，表明石墨的超低摩擦源于旋转石墨层之间的不适应接触[1]。随后，Hod定义了一个注册指数，量化了层状材料中的注册不匹配，并建立了层间可通约性与层状材料中的超低摩擦之间的直接关系[2]。

 

最近，结构超润滑的实验研究扩展到微观尺度和厘米长的碳纳米管。这些显著的成就揭示了在先进材料和设备中显著减少摩擦和磨损。然而，一个主要的挑战仍然存在，即观察到的界面相对于其相对取向的强各向异性摩擦，这将使结构的超润滑失效，因为具有超低摩擦的不相称构型更倾向于向相称构型旋转，从而在滑动过程中陷入高摩擦状态。由于在接触界面上可以形成局部的相称区域，因此预计面内柔软度会增加不相称接触中的摩擦，并且已经研究了面内刚度对结构超润滑的影响。

 

这个问题可以通过组装滑动层状材料形成异质结或通过对均匀界面施加应变来解决。异质结表面的晶格失配导致了与取向无关的不相称接触，从而抑制了各向异性摩擦。例如，Song等人制备了石墨/六方氮化硼(h-BN)的原始微尺度结，并测量了其摩擦学性能。在异质界面处摩擦的取向各向异性比在均匀石墨界面处摩擦的取向各向异性低几个数量级[3]。

 

由于在庞大的材料体系中进行超润滑结构的实验鉴定是一种反复试验和耗时的方法，因此只有极少数材料界面显示出超润滑，其中大多数是层状材料的界面。Enlai Gao等人探索了结构超润滑背后的物理机制，然后提出了预测异质结之间结构超润滑的标准。基于这些准则，通过对第一性原理计算数据的筛选，发现了超流体异质结。

 

  • Dienwiebel, M.; Verhoeven, G. S.; Pradeep, N.; Frenken, J. W. M.; Heimberg, J. A.; Zandbergen, H. W.Superlubricity of Graphite.  Rev. Lett. 2004, 92, 126101  DOI: 10.1103/PhysRevLett.92.126101
  • Sheehan, P. E.; Lieber, C. M.Nanotribology and Nanofabrication of MoO3 Structures by Atomic Force Microscopy. Science 1996, 272, 1158– 1161,  DOI: 10.1126/science.272.5265.1158
  • Song, Y.; Mandelli, D.; Hod, O.; Urbakh, M.; Ma, M.; Zheng, Q.Robust Microscale Superlubricity in Graphite/Hexagonal Boron Nitride Layered Heterojunctions.  Mater. 2018, 17, 894– 899,  DOI: 10.1038/s41563-018-0144-z

 

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