香港城市大學(xué)（城大）與北京大學(xué)（北大）的研究人員成功在石墨烯片上直接測(cè)量及模擬二維（2D）水/冰的納米級(jí)超潤(rùn)滑表現(xiàn)。
這次的聯(lián)合研究，首次揭示二維雙層水/冰和石墨烯片之間的靜態(tài)摩擦狀態(tài)幾乎完全消失。有關(guān)發(fā)現(xiàn)為納米流體工程及納米摩擦學(xué)領(lǐng)域的研究帶來(lái)重大進(jìn)展，有助促進(jìn)發(fā)掘納米過(guò)濾及減少摩擦消耗的潛在應(yīng)用。
相關(guān)的研究成果最近在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》上發(fā)表，論文題目為「利用原子分辨率探究二維水傳輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)超滑潤(rùn)性」。
納米流體工程及納米摩擦學(xué)是納米科學(xué)技術(shù)的重要研究領(lǐng)域。超潤(rùn)滑性通常是指兩個(gè)滑動(dòng)固體表面之間近乎理想的無(wú)摩擦狀態(tài)，其動(dòng)態(tài)摩擦系數(shù)低於0.01。
由城大材料科學(xué)及工程學(xué)系系主任及講座教授曾曉成教授領(lǐng)導(dǎo)的計(jì)算研究團(tuán)隊(duì)，對(duì)單層石墨烯上二維水/冰的滑動(dòng)表現(xiàn)進(jìn)行了全面的分子動(dòng)力模擬研究。
城大研究人員專注了解靜態(tài)摩擦表現(xiàn)，並計(jì)算出二維冰/石墨烯體系的最大靜態(tài)摩擦力和靜態(tài)摩擦系數(shù)。為確切模擬真實(shí)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，以分子動(dòng)力模擬的2D冰尺寸從幾納米以至數(shù)百納米不等，與北大實(shí)驗(yàn)中形成的各種冰島大小相近。
城大團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)單位面積靜態(tài)摩擦力與雙層冰/石墨烯的接觸面積成反比，兩者之間的關(guān)係大約為~-0.5的乘數(shù)次方，與實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果相符。更值得留意的是，較為大尺寸的2D冰島，其靜態(tài)摩擦系數(shù)甚至可低於0.01。這些發(fā)現(xiàn)表明二維雙層冰與石墨烯之間的靜態(tài)摩擦表現(xiàn)符合超潤(rùn)滑特性，與北大團(tuán)隊(duì)從實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的靜態(tài)摩擦表現(xiàn)趨勢(shì)一致。
曾教授進(jìn)一步闡述這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)與理論計(jì)算結(jié)合的基礎(chǔ)研究的重要性，不但有助於納米限制級(jí)別下從原子層面了解水傳輸?shù)幕咎匦裕ㄟ^(guò)展示納米軟固體與硬固體之間靜態(tài)摩擦的超潤(rùn)滑特性，推動(dòng)納米流體工程及納米摩擦學(xué)的研究進(jìn)一步發(fā)展。
曾教授說(shuō)：「這項(xiàng)研究將進(jìn)一步激勵(lì)探討新型超潤(rùn)滑納米流體系統(tǒng)以及節(jié)能摩擦系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用。」
