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我國科學(xué)家創(chuàng)造出“無摩擦力”的冰

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2024-06-17 11:12:58 字號：A- A A+ 來源：科技日報

“如果把冰結(jié)在石墨烯等特定材料上，只讓其生長一兩個分子層，我們稱其為二維冰，那么冰與材料表面之間的摩擦力會消失?！?月14日，北京大學(xué)物理學(xué)院量子材料科學(xué)中心、北京懷柔綜合性國家科學(xué)中心輕元素量子材料交叉平臺教授江穎告訴科技日報記者。相關(guān)研究成果當(dāng)日發(fā)表于國際頂級學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》。

“人們很早就注意到納米通道中水分子不受阻力影響運動的現(xiàn)象?！苯f表示，低維受限條件下的水分子傳輸經(jīng)常會出現(xiàn)難以置信的快速，但過程很難捕捉。

得益于團隊此前自主研發(fā)的原子級分辨率掃描探針顯微鏡，單個原子或分子能夠像拼插積木一樣被精確地移動和構(gòu)建。江穎介紹，在該技術(shù)支撐下，研究人員首先使銅表面的石墨烯和氮化硼襯底上生長出了二維冰島，并直接觀察到了二維冰島的微觀結(jié)構(gòu)。

利用針尖操控測量二維冰與襯底間的摩擦力。（A）針尖操縱二維冰滑動示意圖。（B）兩個表面上水-針尖相互作用勢能起伏與二維冰面積的關(guān)系。（C）實驗所得二維冰在兩個表面上的本征歸一化靜摩擦力。（D）分子動力學(xué)模擬所得二維冰在兩個表面上的本征歸一化靜摩擦力。（北京大學(xué)量子材料科學(xué)中心網(wǎng)站）

“進行摩擦力測量的二維冰由超過20000個水分子組成，和拼插積木一樣，面積越大、越薄就越脆弱?！闭撐墓餐谝蛔髡?、北京大學(xué)物理學(xué)院量子材料科學(xué)中心博士趙正樸表示，對其實現(xiàn)穩(wěn)定而精準(zhǔn)的操控和摩擦力測量并非易事。為此，團隊反復(fù)實驗嘗試，制備出一種特殊形狀的針尖，可對二維冰島進行非破壞式的橫向操縱，并進一步通過測量針尖與冰島的相互作用能，推算出二維冰島與襯底間的摩擦力。結(jié)果表明，石墨烯表面上尺寸較大的二維冰島，其靜摩擦系數(shù)可低于0.01，即近乎理想的無摩擦狀態(tài)。

（科技日報記者張佳星）
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