多层石墨烯是一种很有应用前途的碳基纳米材料，它可应用于多种下一代的技术中，但我们还不太了解其表面结构和性能之间的关系。在最近的一项研究中，釜山国立大学的科学家们分析了如褶皱和折叠网络等表面结构如何影响多层石墨烯中纳米级别的摩擦。他们的发现可能为基于石墨烯的固态润滑剂和微/纳米级机械设备的研究铺平道路。
石墨烯由单层碳原子组成，是典型的碳基二维纳米材料。它有许多吸引人的特性，可应用于下一代电子、光学、催化、生物医学等许多其他领域。最近，许多科学家将注意力集中在化学气相沉积（CVD）上，认为它是一种生产更大石墨烯表面的低成本技术，它可以替代成熟的机械剥离方法，后者只能生产很小的石墨烯岛。
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然而，CVD石墨烯含有大量的表面结构和缺陷，包括褶皱、晶界和表面污染。由于石墨烯非常薄，即使是微小的表面不规则也会极大地影响其性能，这使得其表面性能关系成为一个重要的研究领域。虽然人们对单层CVD石墨烯进行了广泛的研究，但很少有人关注表面结构如何影响多层CVD石墨烯的纳米级摩擦特性。
最近，韩国釜山国立大学的一组研究人员在助理教授Songkil Kim的带领下解决了这一知识沟。Dr.Kim解释说：“将表面特征与材料的特性联系起来非常重要。假设你在叠纸，而这些纸上有巨大的压缩应变，这可能会在叠层里和表面上造成巨大的结构变形。类似地，多层石墨烯中发生的结构变化可能会影响其表面特性，例如摩擦，这正是我们关注的。
该团队首先使用原子力显微镜（AFM）中如原子一样大的尖端划破CVD多层石墨烯的表面，将所有聚合物残留物清除。然后，他们使用AFM成像、摩擦力显微镜和拉曼光谱来识别和研究各种表面结构，以及它们如何影响纳米级摩擦。有趣的是，他们发现，只有最顶层的石墨烯相对于其他石墨烯产生了扭曲，这影响了层相关的纳米级摩擦，其方式根据施加的力而变化。
总体而言，这项研究的发现可以为CVD石墨烯在有趣的机械应用上铺平道路。“石墨烯和类似材料可以用作固态润滑剂，”Dr.Kim评论道，“而像机油这样的液体润滑剂不适合恶劣的环境，如外层空间或极地地区，石墨烯优异的鲁棒性和摩擦性能使其成为一种有吸引力的无毒润滑剂替代品。”
有趣的是，开发高性能润滑剂也具有环境效益，因为减少摩擦对于防止机械系统中的能量损失至关重要。多层CVD石墨烯的另一个潜在应用是微/纳米器件，这些器件需要精确控制摩擦。
