309 / 2021-06-09 15:21:04

石墨表面基于外加电场的液下摩擦调控

在摩擦学研究中，摩擦副表面电荷往往扮演着重要角色，由此引发了通过外加电场调控摩擦进而实现超滑的想法。近年来已有多项研究表明，外加电场在空气和液体环境中均可以改变导体表面的摩擦。在本工作中，我们在原子力显微镜下搭建了一个装有电解质溶液的三电极电化学体系，通过在石墨工作电极表面进行摩擦实验探究外加电场与摩擦间的关系。研究发现，当在石墨表面外加正电压时，摩擦力相较于未加电场条件下会有所上升，随着正电压值的增大，摩擦力逐渐上升。而当在石墨表面外加负电压时，摩擦力相较于未加电场条件下会有所下降，表现出润滑效果。外加电场也会改变探针和石墨表面间的相互作用力，外加正电压会导致更强的吸引力而负电压会导致更大的排斥力。在本工作中外加电场调控摩擦力及表面相互作用力的机理可以归因于在外加电场条件下石墨表面水合阳离子和阴离子的重新排布，这种重新排布会引起静电力和氢键作用的变化。这一发现表明在电解质溶液中石墨表面的摩擦力可以通过外加电场进行调控，从而为液体超滑的相关研究提供了新的思路。