Fein - Defekt - Technik von Graphen-Reibung

Fein - Defekt - Technik von Graphen-Reibung

Zweidimensionale Materialien, insbesondere Graphen, weisen einen niedrigen Reibungskoeffizienten und gute Verschleißeigenschaften auf. Die tribologischen Eigenschaften dieser Materialien hängen jedoch stark von schwachen Unterschieden auf atomarer Ebene ab, und die Koexistenz verschiedener Arten von atomaren Defekten in untersuchten Proben führte bisher zu schwer zu vereinbarenden experimentellen Ergebnissen. In unserer Arbeit haben wir den Einfluss von kontrolliert-induzierten atomaren Monovakanzen auf das Reibungsverhalten von Graphen quantifiziert. Weniger als 0,1 % der atomaren Leerstellen induzierten eine fünffache Erhöhung des effektiven Reibungskoeffizienten. Wir zeigten, dass die Reibungskraftmikroskopie monoatomare Leerstellen auflöst und die Realraumverteilung ihres Einflusses auf die Tribologie von Graphen liefert. Zwei Faktoren trugen zu dieser Erhöhung der Reibung bei: einer stand in Zusammenhang mit der erhöhten Reaktivität von baumelnden Bindungen, die an der Monovakanz lokalisiert sind (∼1 nm2), was ∼20% der Erhöhung ausmachte; und ein weiterer (∼25 nm2) ergab sich aus der weitreichenden Spannungsverteilung um diese Defekte, die charakteristisch für Graphen ist. Diese Ergebnisse enthüllen den subtilen Zusammenhang zwischen Reibung, Reaktivität und mechanischen Eigenschaften in zweidimensionalen Materialien.