石墨烯凭借优异的力学性能在减摩耐磨领域展现出巨大潜力。本研究探究了化学气相沉积方法制备的单层石墨烯涂层在不同材料宏观摩擦副表面的润滑效果及内在机制，发现单层石墨烯涂层具有显著的润滑作用，且摩擦系数的降低效果与基底材料的脆性密切相关（图1）。对于脆性基底（如石英），石墨烯涂层能更有效地维持低摩擦系数并稳定其波动；而对于韧性基底（如不锈钢），润滑效果则相对有限。
图1 不同基底表面包覆单层石墨烯涂层前后的摩擦系数对比
拉曼光谱与有限元分析揭示了其润滑机制：石墨烯通过分散摩擦过程中产生的剪切应力延缓基底磨损，直至自身失效后基底才发生直接摩擦。这一机制在脆性材料表面可减少因应力集中导致的突然断裂和磨屑积累，从而延长低摩擦状态的持续时间。此外，研究还发现石墨烯的润滑效果并非依赖完整的六元环结构，即使在产生缺陷或转化为类无定形碳后，仍能在一定程度上发挥作用。
团队介绍
赵沛教授领衔的“石墨烯力学实验室”研究团队依托浙江大学交叉力学中心及航空航天学院应用力学研究所，长期致力于二维材料的力学性质与应用研究。
团队负责人赵沛主持了国家自然科学基金、浙江省杰出自然科学基金等多个科研项目，入选教育部青年人才计划。团队现有研究生10名，形成了从制备、表征到应用的完整研究体系，目前正致力于推动石墨烯涂层在高端装备减摩降热领域的工程化应用，探索多学科交叉的创新路径。
文章信息
Lubrication for macroscopic friction pairs with single-layer graphene coating
Qi Yang; Qiancheng Ren; Jiayuan Fang; Shuyue Wu; Fangqian Han; Pei Zhao
Appl. Phys. Lett. 126, 021604 (2025)
https://doi.org/10.1063/5.0242763
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