石墨烯因具有高机械强度、原子级光滑表面及较低的层间剪切阻力，在固体润滑领域受到了广泛的关注。然而如何制备大面积、高质量、易转移与低成本的石墨烯，并将其作为性能优异的固体润滑剂仍是目前石墨烯摩擦学研究面临的挑战之一。近日，清华大学摩擦学国家重点实验室的科研人员与合作者基于Marangoni效应制备了大面积石墨烯薄膜并将其应用于宏观尺度的石墨烯摩擦学研究。特别指出的是，本研究中石墨烯薄膜同时转移至球-盘摩擦副表面，并在宏观尺度下实现了石墨烯相对石墨烯的相对滑动，并获得了最低为0.05的摩擦系数。
研究团队采用石墨烯薄膜自组装法，在去离子水表面获得了大面积、易转移的石墨烯薄膜，从而实现将石墨烯薄膜同时转移至摩擦副氮化硅球（Φ=4 mm）与硅片（10 mm × 10 mm）上。与此同时，该研究还探索了石墨烯厚度、退火处理、载荷对于石墨烯摩擦学行为的影响及相关机理。他们基于SEM、TEM及Raman等表征手段对接触区进行了表征，发现在较低的载荷下，球-盘接触区始终存在石墨烯薄膜，从而阻止了摩擦副基底的磨损，同时石墨烯相对石墨烯滑动的低剪切阻力也使摩擦系数始终稳定在较低的水平。
这一研究结果实现了宏观尺度下具有优异摩擦学性能的石墨烯薄膜及润滑体系（石墨烯 vs 石墨烯），同时也有望在其他固体润滑领域中得到广泛应用。该研究工作近期发表在ACS Appl. Mater. Interfaces 上，文章的通讯作者为清华大学的雒建斌院士、朱宏伟教授与张晨辉副教授，共同第一作者是清华大学的博士研究生吴璞与李昕明博士。
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