2021年8月31日Alex Smith评论
开发持久耐用的设备是人类长期以来的目标。然而，由于磨损因素，现代设备对产品寿命有限制。无限寿命的移动设备现在只存在于科幻小说中。
实验设置的照片。(b)实验设置示意图。(c)一个石墨片在滑动实验后的滑动表面(接触基板)的光学显微镜图像。(d)拉曼光谱表征结果。(e)使用AFM对DLC薄膜滑动区进行形貌表征。图片来源:中国科学出版社。欧洲杯线上买球
在当今的工业社会中，几乎80%的设备故障是由磨损引起的。这造成了巨大的经济损失、资源浪费和环境污染。在微观层面，由于表面效应显著，微器件的磨损比宏观器件严重。
传统的润滑技术，比如使用润滑油，在微型设备中使用通常是具有挑战性的。这影响了许多重要的设备设计，使其无法成为现实。1988年，美国加州大学伯克利分校(University of California, Berkeley)的研究人员发明了史上第一个微型电机，但由于严重磨损，在开始运行后不久就失败了。
结构超润滑(SSL)是两个固体表面完全接触的接触状态，确保在滑动过程中接近零摩擦和零磨损。这为设备的磨损问题提供了一个基本的解决方案。
由中国清华大学郑全水教授领导的研究小组，采用了由石墨和类金刚石(DLC)薄膜组成的SSL系统，在理想的环境下，成功实现了高达100公里的无磨损滑动，滑动速度为2.5米/秒。
科学家们在探针的顶部安装了一个微尺度的石墨片，并利用一个纳米操纵器来控制石墨片与磁盘上原子平滑的DLC薄膜接触。实验中石墨片的位置是静态的，圆盘的旋转导致石墨片与DLC膜之间的相对滑动。利用光学显微镜瞬时追踪石墨片在圆盘上的滑动状态。
研究人员将圆盘的转速控制在2.5米/秒，并对石墨片进行了总共108公里的滑动距离和12.5小时的滑动实验。滑动实验后，科学家们对石墨片滑动表面的五个点(一个在中心，四个在周围)进行了拉曼光谱表征。然而，没有检测到D峰。
这说明石墨片的滑动面在经过108公里的长距离滑动后仍然完好无损。研究人员还使用了原子力显微镜来描述圆盘上的滑动区域，并没有观察到磨损的痕迹。
此外，研究人员量化了摩擦与法向压力之间的关系，并跟踪了摩擦应力，其范围仅为0.02 MPa(法向压力为40 μN)，摩擦系数(摩擦对载荷的导数)约为0.005。
当正压大于30 μN时，摩擦系数也在0.001量级，满足超润滑的定义(即摩擦系数在0.001量级以下)。
石墨片可能被观察到是一堆石墨烯薄片。石墨烯是一种范德华二维材料，它与DLC之间的作用力为范德华力，这可能是它们之间摩擦力极低的原因。
为了验证这一点，研究人员进一步量化了石墨片与蓝宝石、氧化硅、硅、氧化铝、云母、氧化铪等六种材料之间的摩擦。欧洲杯足球竞彩所有这些材料都与石墨欧洲杯足球竞彩片有范德华相互作用。
结果显示，所有六组的系数的数量级为0.001。通过数值模拟和计算，科学家们还了解到石墨片与这些材料之间的接触状态是完全接触。欧洲杯足球竞彩全接触状态消除了可能破坏超润滑状态的边缘效应、应力集中等因素。
根据上面提到的一些证据,科学家们认为的范德华相互作用界面,完整的接触状态,原子级光滑的表面,石墨烯可以形成平面强度极高的片状石墨之间的异常高的耐磨性和DLC膜。
清华大学彭德利博士为论文第一作者，马明教授和郑泉水教授为研究的共同通讯作者。这篇论文的合著者还包括来自郑团队的王金博士、江海洋博士、赵淑姬博士、博士生张辉和田凯文博士。
期刊引用:
彭,D。等．(2021)环境条件下，微尺度超润滑石墨/DLC异质结实现100公里无磨损滑动。国家科学评论欧洲杯线上买球．doi.org/10.1093/nsr/nwab109．
来源:https://www.scichina.com/