色一区二区-色一色在线观看视频网站-色一级-色一涩-日韩欧美一区二区三区四区-日韩欧美一区二区三区在线观看

圖為雙壁碳納米管管壁之間存在超潤滑的示意圖，該圖表示：從理論上講，無論碳納米管有多長，都可以用微小的力將其內層從管中抽出。

　　超潤滑(superlubricity) 是20世紀90年代早期由日本學者平野元久(Motohisa Hirano)提出的，也稱結構潤滑(structural lubricity)，它是指當晶體表面以非公度形式接觸時，有可能出現界面摩擦和磨損幾乎為零的現象。過去二十年中所發現的超潤滑現象主要是在納米尺度和高真空條件下實現的，實現宏觀尺度上的超潤滑不僅要求固體表面具有超高的模量，而且要求在宏觀尺度上原子級平整，無缺陷與位錯，如此苛刻的條件使得人們普遍認為大尺度下幾乎不可能實現超潤滑。

　　碳納米管從結構上看是由石墨烯卷曲而成，由于石墨烯層間只有微弱的范德華力，所以多壁碳納米管的管壁之間很容易發生相對滑動；另外，碳納米管的內外管壁之間的手性結構是相互獨立的，通常以非公度形式接觸，這為管壁之間的超潤滑提供了條件。然而，理論研究表明，當碳納米管存在哪怕只有一個原子級別的缺陷時，其管壁間摩擦力就會急劇增大。因此，要想用碳納米管研究宏觀尺度的超潤滑，必須首先制備出宏觀長度且具有原子級完美結構的碳納米管。經過近十年的努力，魏飛教授團隊在碳納米管的制備方面取得了一系列突破，制備出了長達半米長的碳納米管，并且證明了碳納米管在長達數厘米的范圍內沒有任何缺陷（相關工作曾多次發表在《先進材料》(Advanced Materials)、《美國化學會—納米》（ACS Nano）、《材料化學》(Chemistry of Materials)等國際知名材料期刊上），這為研究宏觀尺度超潤滑提供了理想材料。

　　為了方便對超長的碳納米管的操縱，該團隊還發展了單根碳納米管的納米顆粒標記技術，從而實現了光學環境及掃描電鏡下對大尺度單根碳納米管的定位與操縱（相關工作發表在《自然-通訊》(Nature Communications, 2013, 4, 1727)和《納米尺度》(Nanoscale, 2013, 5, 6584)上），這為宏觀尺度超潤滑現象的觀察和測量提供了條件。

　　在上述基礎上，他們首先在光學顯微鏡下通過用微弱氣流吹動碳納米管的方法觀察到了碳納米管管壁之間快速相對運動的奇妙現象，進而在利用掃描電鏡下的微納米操縱平臺進行雙壁碳納米管內層的可控抽出，并測量了管壁間的超低摩擦力。他們發現，雙壁碳納米管的管壁之間存在著超低的摩擦力（只有1~4 nN），并且這種摩擦力與碳納米管的長度沒有關系，即無論多長的碳納米管，其內層都可以被輕易地抽出來。他們演示了厘米長度碳納米管（長徑比為107）的內層抽出，比以前報道的實現超潤滑的尺度（約10微米）提高了至少3個數量級。另外，發生相對滑動的兩個表面之間的剪切強度是表征其摩擦力大小的重要參數，本研究工作中得到的碳納米管管壁之間的剪切強度只有2~3 Pa，比之前所測得的剪切強度最小值（0.04 Mpa）降低了至少4個數量級。

　　審稿人評價說：“這是一項有趣的、并且是激動人心的工作：首次從實驗手段上證明了大氣環境下的宏觀尺度超潤滑現象！這項工作以其里程碑式的新穎發現確定無疑地證明了宏觀尺度超潤滑的存在，我認為這是該工作最為重要和創造性的地方！毫無疑問，這是第一次觀察到從微觀到宏觀尺度下如此低的摩擦力。我還想指出這項工作在發展實驗技術方面所做出的原創性的工作。我認為這項工作對于研究和控制摩擦力做出了重大的、創造性的貢獻；并且堅信，這項工作將會激發超潤滑研究領域越來越多的實驗研究和技術應用”。

　　這項工作為下一代全碳電子器件構筑、超潤滑機械開發以及超高速微納米機械、電子器件制備提供了基礎。

　　這項研究工作由清華大學化工系魏飛教授課題組牽頭，與清華微納米力學研究中心張瑩瑩副教授、鄭泉水教授和北京大學信息學院陳清教授課題組合作完成。國家自然科學基金委員會和國家重大研究發展計劃資助了這項研究。