李群仰、冯西桥及其合作者在《自然-材料》撰文报道了纳米尺度下石墨的负摩擦系数现象

10月14日,我司李群仰副教授与冯西桥教授同美国国家标准技术研究所的合作者,在《自然-材料》(Nature Materials)发表了题为《在纳米尺度上石墨表面由于粘着引起的负摩擦系数》(Adhesion-dependent negative friction coefficient on chemically modified graphite at the nanoscale)的论文,首次从实验上观测到并从理论上解释了纳米尺度下存在负摩擦系数的新奇现象。

从500多年前达?芬奇手稿中对摩擦现象的第一次定量描述,到现今被广泛运用的库仑摩擦定律,人们发现摩擦力总是随着物体间接触压力的增大而增加的。然而,李群仰及其合作者最新的实验研究发现:纳米尺度上物体间的摩擦现象并非总遵循宏观尺度上的规律,有时候结果恰恰相反。研究团队采用原子力显微镜测量了一种表面经过化学处理而变得很“粘”的石墨材料的摩擦;他们发现探针与石墨表面的摩擦力会随着探针压力的减小而增大,也就是说其等效的摩擦系数是负的。

李群仰等研究人员通过力学建模与数值模拟发现:这种反常的“负摩擦系数”现象来源于石墨上表面若干碳原子层由于被探针吸引而局部脱粘所引起的。而脱粘后超薄的碳分子层的力学行为与石墨烯类似,会出现粘着所致的褶皱现象,从而导致摩擦力的增大。

该研究是李群仰及其合作者自2010年在《科学》上发表石墨烯等二维材料摩擦行为研究、2011年在《自然》上发表岩石材料状态相关摩擦律的机理研究之后,在微纳米摩擦研究领域的又一重要进展。