近日，沐鸣2注册彭倚天教授課題組裝備載流界面研究取得系列進展，在國際期刊Nano Energy（IF👵🏻：17.881）、ACS Applied Materials & Interfaces（IF：9.229）和Carbon（IF✴️：9.594）發表研究論文。沐鸣2注册博士生史彬（論文發表於Nano Energy）和青年教師郎浩傑（論文發表於ACS Applied Materials & Interfaces和Carbon）分別為唯一第一作者，沐鸣2娱乐為第一通訊單位🚱，彭倚天教授為第一通訊作者🈁。
摩擦界面自發的電荷轉移在生活中無處不在🖐🏻，摩擦界面上的電荷動力學以及轉移的電荷如何影響摩擦→。課題組利用原子力顯微鏡和掃描開爾文探針在納米尺度上測量滑動接觸過程中摩擦電荷和摩擦力，建立了摩擦誘導額外電荷對摩擦的影響模型。
圖1電荷耗散與摩擦的關系。（a）負電荷轉移後表面勢分布隨時間的變化；（b）對應的表面勢截線圖；（c）表面勢差值的變化🍭；（d）負電荷區域摩擦力的變化；（e）平均摩擦隨時間的變化👩🏻🔬；（f）正電荷轉移後表面勢分布隨時間的變化；（g）對應的表面勢截線圖；（h）表面勢差值的變化；（i）負電荷區域摩擦力的變化；（j）平均摩擦隨時間的變化。
（上述成果以“Investigating the Effect of Nanoscale Triboelectrification on Nanofriction in Insulators”為題目發表於國際期刊Nano Energy（IF👨🏼🌾：17.881）
人類的一次性能源大約有1/3是通過摩擦所消耗掉的，80%的機械裝備都是因為磨損失效。摩擦和磨損共同造成的損失，一般可以占到一個工業化國家GDP的2%～7%。載流界面的摩擦磨損涉及物理🐻❄️🌩、化學⭕️、材料、機械工程和潤滑工程等多個學科𓀖，是影響設備質量和壽命的關鍵，譬如：高檔數控機床和紡織機械領域中高精度直流伺服電機👊🏿，航空航天裝備領域中太陽能板的導電滑環🧚🏼♀️，先進軌道交通裝備領域中弓網系統和回流系統，新能源汽車領域中充電接口等。課題組基於原子力顯微鏡從納米尺度研究外加電壓對帶電界面摩擦性能的影響，研究了外加電壓對界面摩擦力的影響規律👨🏿⚕️，結合材料功函數和靜電力測量🤦🏿，提出了改進的Prandtl-Tomlinson模型解釋外加電壓下的摩擦變化。
圖2石墨烯表面帶電摩擦實驗。（a）石墨烯帶電摩擦實驗示意圖；（b，c）不同正電壓和負電壓下石墨烯摩擦力隨時間的變化；（d）平均摩擦力隨針尖電壓的變化，插圖是電壓小於±3.0 V時的平均摩擦力變化。
（上述成果以“Atomic-Scale Friction Characteristics of Graphene under Conductive AFM with Applied Voltages”為題目發表於國際期刊ACS Applied Materials & Interfaces（IF：9.229）🌏。論文鏈接〰️：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.0c06868）
在外加電壓對摩擦的影響基礎上，提出了石墨烯帶電界面的具有超低摩擦（摩擦系數0.028）🏜，超高電流穩定性（電流變化系數4.74%）和抗磨損性（接觸壓力5.93GPa下摩擦循環超10000次性能保持穩定），大大提升電接觸的可靠性🧩，具有廣闊的應用前景🪀。
圖3石墨烯表面和金表面摩擦和電流的對比🦒。（a）摩擦力圖；（b）電流圖；（c）摩擦力和電流截線圖;（d, e）金基底和石墨烯電流和形貌變化的對比;（f）石墨烯和金基底的導電機理示意圖🐾。
（上述成果以“Superior Lubricant and Electrical Stability of Graphene as Highly Effective Solid Lubricant at Sliding Electrical Contact Interface”為題目發表於國際期刊Carbon（IF：9.594）。論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.carbon.2021.07.016）
研究得到了國家自然科學基金、沐鸣2娱乐勵誌計劃A類、上海市揚帆計劃等相關項目的資助。