Ny studie ger insikter i hur ytstrukturer påverkar friktion i nanoskala i detta lovande 2D-material. Kredit:Pusan National University
Grafen, som består av ett enda lager av kolatomer, är affischbarnet till kolbaserade 2D nanomaterial. Den har många attraktiva egenskaper som skulle kunna utnyttjas inom nästa generations elektronik, optik, katalys, biomedicin och många andra områden. På senare tid har många forskare fokuserat på kemisk ångdeposition (CVD) som en kostnadseffektiv teknik för att producera större grafenytor istället för den väletablerade metoden för mekanisk exfoliering, som bara kan producera små grafenöar.
CVD-grafen innehåller dock ett stort antal ytstrukturer och defekter, inklusive rynkor, kristallkornsgränser och ytföroreningar. Eftersom grafen är så tunt kan även mindre ytojämnheter i hög grad påverka dess egenskaper, vilket gör förhållandet mellan ytan och egenskapen till ett viktigt forskningsområde. Även om studier i detta ämne har utförts omfattande för CVD-grafen i ett skikt, har få fokuserat på hur ytstrukturer påverkar friktionsegenskaperna i nanoskala hos CVD-grafen i flera skikt.
Nyligen tacklade ett team av forskare från Pusan National University, Korea, ledd av biträdande professor Songkil Kim, denna kunskapslucka. "Att korrelera ytegenskaper med ett material egenskaper är verkligen viktigt", förklarar Dr Kim, "Föreställ dig att du staplar papper, och det finns en enorm tryckpåkänning över dessa papper. Detta kan orsaka massiva strukturella deformationer i de staplade skikten och ytan. På liknande sätt kan de strukturella förändringarna som sker i flerskiktsgrafen påverka dess ytegenskaper, såsom dess friktion, vilket är vad vi fokuserade på." Deras uppsats gjordes tillgänglig online den 24 januari 2022 och publicerades i volym 584 av Applied Surface Science den 15 maj 2022.
Teamet använde först den atomstora spetsen på ett atomkraftmikroskop (AFM) för att skrapa ytan av CVD flerskiktsgrafen och rensa bort eventuella polymerrester. Sedan använde de AFM-avbildning, friktionskraftsmikroskopi och Raman-spektroskopi för att identifiera och studera olika ytstrukturer och hur de påverkar friktion i nanoskala. Intressant nog fann de att endast det översta lagret av grafen var vridet med avseende på resten, vilket påverkade den lagerberoende nanoskalfriktionen på ett sätt som varierade beroende på den applicerade belastningen.
Sammantaget kan denna studies resultat bana väg för intressanta mekaniska tillämpningar för CVD-grafen. "Grafen och liknande material kan användas som fasta smörjmedel", kommenterar Dr. Kim, "Medan flytande smörjmedel som motoroljor inte är lämpliga för tuffa miljöer som yttre rymden eller polarområdena, gör grafenens utmärkta robusthet och friktionsegenskaper det ett attraktivt giftfritt alternativ."
Intressant nog har utveckling av högpresterande smörjmedel miljöfördelar eftersom minskad friktion är avgörande för att förhindra energiförluster i mekaniska system. En annan potentiell applikation för CVD-grafen i flera lager är i mikro/nano-enheter, där en exakt kontroll av friktionen är nödvändig. + Utforska vidare
