减摩抗磨

近日，郑泉水院士团队在物理学顶刊《Physical Review Letters》（PRL）发表里程碑式成果——首次在亚毫米尺度实现稳健的宏观自超滑，并观测到摩擦系数低至10⁻⁶量级的极端现象。这意味着：仅需一颗鸡蛋的推力，就能让承受一头大象重量的界面滑动！

本项目积极响应国家石墨烯产业战略发展规划，通过企业、高校、研究机构的联合合作，进行军工技术向民用转化，实现石墨烯改性润滑材料技术产业化。旨在利用石墨烯二维材料的独特性能，提升我国高端润滑材料技术水平，打破国外润滑品牌对我国高端装备润滑领域的垄断，筑牢装备安全，提升国家安全。

二维材料（如石墨烯）因其优异的力学与摩擦性能，广泛应用于柔性电子、纳米机械系统（NEMS）与纳米复合材料中。其层间通过范德华力相互作用，具备低摩擦、高面内刚度等特性，易于发生层间滑动。然而，在实际应用中，如何实现稳定的应变传递与可控滑移仍是关键挑战。

郑泉水院士表示，自超滑作为前沿“根技术”，在高端装备、微机电系统等领域具有重要应用潜力，已初步在超滑电机、微发电机等方向实现突破。BGI作为新型研发机构的代表，从组织架构、运营机制到产业转化所积累的全流程经验，为科研机构的建设规划提供了极为宝贵的“路线图”，希望双方能在石墨烯基超滑材料与器件开发方面开展实质性协作，并深入借鉴BGI的产学研协同创新经验。

作者通过化学气相沉积方法制备了扭转角>20°的双层石墨烯样品，采用碳同位素标记技术与拉曼光谱表征相结合的方案，通过拉曼光谱和透射电子显微镜对扭转角>20°的双层石墨烯进行了表征和筛选。在生长的石墨烯表面覆盖厚度为500纳米的方华增强层，并与柔性基底（PDMS）堆叠接触。制备出上层由碳原子（12C）、下层由碳原子（13C）构成的夹层结构实验样品。对于原位拉曼测量，样品由自制的拉伸试验机加载。

重点展示了“跨界融合”典型案例——与中润超油（北京）科技有限公司联合研发的“华墨牌”稀油剂，该产品依托独创的二元复方技术，成功攻克石墨烯材料易团聚、易沉淀、难分散的行业难题，实现纳米级石墨烯改性润滑材料在润滑油中的均匀分布，确保产品在抗磨减摩、磨痕自动修复、防腐、抗氧化等核心性能上，远超传统润滑油技术指标，成为“激活新材料领域创新链”的生动实践。

研究团队将双层石墨烯转移至纳米脊结构基底，成功实现了层间滑移的有效调控。低温电子输运测量结果清晰展示出带隙内的拓扑输运行为。通过对饱和电导与沟道长度依赖关系的系统研究，团队揭示了该体系中存在八重量子通道。该实验测量结果与理论计算高度吻合，为层间滑移的成功实现与有效调控提供了关键性实验证据。

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。

该工作不仅提供了固-固界面量子摩擦的首个实验证据，还构建了基于拓扑结构调控耗散模式的研究框架，验证了量子态调控界面电子耗散过程的可行性，对发展低能耗纳米器件，拓扑量子材料中的摩擦调控具有指导意义。