石墨烯因具有高機械強度、原子級光滑表面及較低的層間剪切阻力，在固體潤滑領域受到了廣泛的關注。然而如何制備大面積、高質量、易轉移與低成本的石墨烯，并將其作為性能優異的固體潤滑劑仍是目前石墨烯摩擦學研究面臨的挑戰之一。近日，清華大學摩擦學國家重點實驗室的科研人員與合作者基于Marangoni效應制備了大面積石墨烯薄膜并將其應用于宏觀尺度的石墨烯摩擦學研究。特別指出的是，本研究中石墨烯薄膜同時轉移至球-盤摩擦副表面，并在宏觀尺度下實現了石墨烯相對石墨烯的相對滑動，并獲得了最低為0.05的摩擦系數。
研究團隊采用石墨烯薄膜自組裝法，在去離子水表面獲得了大面積、易轉移的石墨烯薄膜，從而實現將石墨烯薄膜同時轉移至摩擦副氮化硅球（Φ=4 mm）與硅片（10 mm × 10 mm）上。與此同時，該研究還探索了石墨烯厚度、退火處理、載荷對于石墨烯摩擦學行為的影響及相關機理。他們基于SEM、TEM及Raman等表征手段對接觸區進行了表征，發現在較低的載荷下，球-盤接觸區始終存在石墨烯薄膜，從而阻止了摩擦副基底的磨損，同時石墨烯相對石墨烯滑動的低剪切阻力也使摩擦系數始終穩定在較低的水平。
這一研究結果實現了宏觀尺度下具有優異摩擦學性能的石墨烯薄膜及潤滑體系（石墨烯 vs 石墨烯），同時也有望在其他固體潤滑領域中得到廣泛應用。該研究工作近期發表在ACS Appl. Mater. Interfaces 上，文章的通訊作者為清華大學的雒建斌院士、朱宏偉教授與張晨輝副教授，共同第一作者是清華大學的博士研究生吳璞與李昕明博士。
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