我校理学院在纳米摩擦领域取得重要研究进展

近日，我校理学院王建军副教授和河南大学的贾瑜教授、德国亥姆霍兹联合会于利希研究中心的BoNJPersson教授合作，在纳米摩擦起源方面取得了重要研究进展。研究成果以“Dependency of sliding friction for two-dimensional systems on electronegativity”为题，发表在凝聚态物理主流期刊Physical Review B上（论文链接：https://doi.org/10.1103/PhysRevB.105.165431）。理学院王建军副教授为论文的第一作者，中原工学院为论文的第一单位。

研究摩擦的起源对于控制摩擦进而节约能源、资源具有重要意义。虽然人们对摩擦的研究已经深入到了原子分子尺度，但对于摩擦起源的理解仍然非常有限。纳米摩擦与滑动界面的电荷分布密切相关，在先前的研究中，王建军博士等提出了纳米摩擦的电荷分布粗糙度机制（Tribology Letters, 2012, 48 (2): 255-261；Tribology Letters, 2014, 55(3): 405-412），同时提供了通过表面修饰、外加电场、掺杂等方法调控界面纳米摩擦的方法（Tribology International, 2015, 86: 85-90；Tribology Letters, 2016, 61(1): 4-9），得到了领域内的广泛认可。

图：低维体系摩擦系数和电负性的标度律

在本研究中，王建军博士基于对五种典型二维材料层间纳米摩擦现象的对比分析，首次提出了“电负性摩擦”的概念，并给出了纳米摩擦力大小随表面电负性变化的线性标度律。他们发现，低维体系之间摩擦力的大小在很大程度上取决于材料组成原子间的电负性差别，在滑动过程中，电负性差别恒定或者电负性为零的非极性路径上摩擦力大小几乎不变，与材料和表面结构无关；相反，在极性路径上的摩擦力与组成原子间的电负性差成正比，且遵循线性标度律（如图）。从物理根源来看，电负性差别能够诱导电荷局域到电负性大的原子附近，增大电荷分布粗糙度，进而增加滑动势垒和摩擦，这是电负性摩擦的主要机制。该研究进一步丰富了摩擦的电荷分布粗糙度机制，可为低维材料纳米摩擦的预测提供参考，同时也为纳米器件摩擦学性能的设计提供了一种策略。

该工作得到了国家自然科学基金委以及中原工学院自然科学基金项目的支持。（通讯员 张建林）