独家编译丨如何制造完美石墨烯涂层？

导读 石墨烯是一种只有单原子厚度的超薄碳材料。它有着神奇的应用，例如耐磨、零摩擦覆盖材料的生产。但前提在于，...

一款近乎完美的零摩擦耐磨机械覆盖材料可以带来燃料和维修开支方面的巨大节约。在纳米世界里，我们目前甚至无法预料这样的覆盖材料运用之广。Dirk van Baarle在他的博士论文里研究了具有这样性能的覆盖材料：石墨烯。“要生产出满足预期质量的石墨烯是一个相当大的挑战。” Van Baarle表示。如果碳原子的排列形式非常整齐如同铁丝网，造出的石墨烯就会具有极强的强韧度。然而实际情况是，使用现在的生产方法，一片大的石墨烯的表面总是布有移植过来的其他的小片石墨烯。Van Baarle能观察到几乎每个碳原子的生长活动，石墨烯群落怎样生长并向另一个群落靠近，以及整个过程是怎样受温度和培养基的影响的。这是制造更大、更完美的石墨烯片的生产方法的第一步。在700摄氏度的温度下，表面干净的铱和乙烯相作用，石墨烯就会自然产生。气体分子在热表面上分裂，留下碳原子，自发形成封闭六边形的鸡笼状井网结构。

为了试验更好的进行，Van Baarle使用了恩纳港实验室的一项特殊器材——VT-STM（变量温度扫描穿隧显微镜）。这个器材中含有一根只有几个原子厚的小针。它可以用来系统检测表层，精度可达原子级别（而你需要做的只是测量触针和表面之间的电流）。而这个器材的真正神奇之处在于在高温和变温下它都可以正常工作。

Van Baarle发现这个原子过程不仅仅存在于石墨烯的生长层。这是一个伟大的发现。实际上，在培养基里，铱的表面和原子层并不完全相合。铱的表面形成了很多宽阔的台阶，石墨烯就在这些台阶上生长。但是这些台阶可能在在石墨烯的覆盖下继续生长，也可能因为铱原子在培养基作用下的重新排列而消失不见。这个过程同样需要严格的控制以形成完美的石墨烯薄片。

在研究报告的理论部分，Van Baarle 提出了一个原子层次的摩擦发生模型。当两个表面相互摩擦时，真正发生接触的只有极少数原子，实际的接触点只有纳米大小。当纳米突起的刚度处于平均水平，即不太硬也不太软的时候，摩擦会达到最大程度。

Van Baarle表示，“我的一个同事现在正在使用光刻技术（这项技术同样适用于电脑芯片）将纳米针做成覆盖涂层。这些针的刚度不一，完全取决于它们弯曲的方向。这意味着在不同方向上表面的摩擦也是不一样的。”这一点非常有意义。比如说，旋转轴的表面涂上这样的涂层可以防止其横向移动。

“我们内部使用的器材上已经开始使用石墨烯涂层代替润滑油以减少摩擦，” Van Baarle说明道，“应用纳米层，这已经获得专利并开始启项。所以，我们的教授Joost Frenken成为维稳奖得主一点儿也不奇怪。”

资料来源：Leiden University

翻译：鼹鼠

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