Tunable, Wide‐Temperature, and Macroscale Superlubricity Enabled by Nanoscale Van Der Waals Heterojunction‐to‐Homojunction Transformation

同质结 材料科学 异质结 纳米尺度 范德瓦尔斯力 GSM演进的增强数据速率 纳米技术 石墨烯 纳米 光电子学 复合材料 分子 计算机科学 电信 有机化学 化学
作者
Xing Yang,Ruiyun Li,Yongfu Wang,Junyan Zhang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:35 (39) 被引量:25
标识
DOI:10.1002/adma.202303580
摘要

Achieving macroscale superlubricity of van der Waals (vdW) nanopowders is particularly challenging, due to the difficulty in forming ordered junctions before friction and the friction-induced complex contact restructuration among multiple nanometer-sized junctions. Here, a facile way is reported to achieve vdW nanopowder-to-heterojunction conversion by graphene edge-oxygen (GEO) incorporation. The GEO effectively weakens the out-of-plane edge-edge and in-plane plane-edge states of the vdW nanopowder, leading to a coexistent structure of nanoscale homojunctions and heterojunctions on the grinding balls. When sliding on diamond-like carbon surfaces, the ball-supported structure governs macroscale superlubricity by heterojunction-to-homojunction transformation among the countless nanoscale junctions. Furthermore, the transformation guides the tunable design of superlubricity, achieving superlubricity (µ ≈ 0.005) at wide ranges of load, velocity, and temperature (-200 to 300 °C). Atomistic simulations reveal the GEO-enhanced conversion of vdW nanopowder to heterojunctions and demonstrate the heterojunction-to-homojunction transformation superlubricity mechanism. The findings are of significance for the macroscopic scale-up and engineering application of structural superlubricity.
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