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微尺度石墨和六方氮化硼的超润滑性为今后机电设备铺平道路

[发布时间:2018-08-08 16:15:33 ][阅读次数:542次]

润滑措施是通过润滑剂降低机械摩擦和磨损的。这是机械和机电系统中部件失效和能量损失的主要原因。例如,车辆燃料的三分之一都消耗在克服摩擦力上。因此超润滑性、超低摩擦和磨损的状态,在减少机械和自动装置中的摩擦磨损上有很大的希望。

特拉维夫大学/清华大学新联合会研究发现,在高外部载荷和环境条件下不同的、微尺度的层状材料可以获得坚固的结构超润滑性。研究人员发现,石墨和六方氮化硼之间的微观界面表现出了超低摩擦和磨损性能。这是未来空间、汽车、电子和医疗行业技术应用的重要里程碑。

这项研究是OdedHod教授、特拉维夫大学化学学院Michael Urbakh教授、清华大学机械工程系QuanshuiZheng教授和他的同事们合作的成果。它是在特拉维夫大学/清华大学新联合会主持下进行的,并于7月30日发表在了“Nature Materials”《自然材料》上。

对计算机和其他设备的巨大影响

新的界面面积比先前的纳米尺度测量大六个数量级,并且在所有界面取向和环境条件下表现出强大的超润滑性。

“超润滑性是一种非常有趣的物理现象,两个接触表面之间几乎是零摩擦或超低摩擦的状态。”教授Hod说:“在宏观尺度上实现稳健超润滑具有重大的实际意义。预期中的节能和预防磨损是巨大的。”

“例如,这一发现可能导致新一代的计算机硬盘具有更大的存储信息密度和更高的信息传输速度。”Urbakh教授说:“这也可用于新一代的球轴承,以减少旋转摩擦和支持径向和轴向载荷。它们的能量损耗和磨损将明显低于现有设备。”

在清华使用原子力显微镜进行了实验部分,在特拉维夫大学进行了全原子计算机模拟。研究人员还通过光谱测量表征了石墨表面的结晶度。

密切合作

这项研究起源于特拉维夫大学的理论和计算组的早期预测,即通过形成石墨烯和六方氮化硼之间的界面可以获得坚固的结构超润滑性。“继2010届诺贝尔物理学奖—用二维材料石墨烯进行的开创性实验—之后,这两种材料成为了新闻。超润滑是最有前途的实际应用之一。”Hod教授说。

“我们的研究是TAU理论和计算组与清华实验组紧密合作的结果。”Urbakh教授说:“这些团体之间有一种协同合作。理论和计算指导实验室实验,反过来,实验提供重要的实现和有价值的结果,可以通过计算研究合理化,以完善理论。”

研究小组在这一领域继续合作研究超润滑性的基本原理、广泛的应用及其在大界面中的作用。

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