近日，中國科學(xué)院國家納米科學(xué)中心納米系統(tǒng)與多級次制造重點(diǎn)實(shí)驗室研究員張忠、劉璐琪和清華大學(xué)教授徐志平合作，設(shè)計和發(fā)展了微納鼓泡力學(xué)實(shí)驗技術(shù)，精確表征了雙層石墨烯層間的范德華剪切作用，相關(guān)研究成果Measuring Interlayer Shear Stress in Bilayer Graphene(《測試雙層石墨烯層間剪切阻力》)發(fā)表在《物理評論快報》[Phys. Rev. Lett. 119 (2017) 036101]，并作為當(dāng)期的主編推薦論文(Editors' Suggestion)。該工作同時被作為焦點(diǎn)故事(Focus Story)在[Physics 10 (2017) 81]以《石墨烯在石墨烯上滑動》(Graphene Sliding on Graphene)為題報道，認(rèn)為這項研究通過鼓泡方法首次測量了石墨烯層間剪切力，獲得了石墨烯器件的一個重要參量 (Creating a bulge in a graphene sheet offers the first measurement of the shear forces between graphene layers, an essential factor in many graphene-based devices) 。該研究工作得到了國家基礎(chǔ)研究計劃納米重大研發(fā)計劃、國家杰出青年科學(xué)基金等的支持。 tkKiuh?m  
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　　二維材料表現(xiàn)出多種優(yōu)異和新奇的特性，得到了廣泛關(guān)注和研究。實(shí)際上，由于制備技術(shù)的限制或者功能設(shè)計的需要，目前在應(yīng)用中單原子層的二維材料往往堆疊成多層結(jié)構(gòu)，多層石墨烯/聚合物復(fù)合材料、多級次層狀結(jié)構(gòu)二維材料電容器、多層二維材料異質(zhì)結(jié)等是比較常見的例子。作為“表界面”材料，多層二維材料層間的界面范德華作用對于應(yīng)用中功能特性的發(fā)揮以及服役可靠性方面至關(guān)重要，然而目前研究對于二維材料層間變形和作用的關(guān)鍵參數(shù)知之甚少。該研究團(tuán)隊巧妙地設(shè)計了微納鼓泡實(shí)驗方法，通過均勻地調(diào)控微納孔內(nèi)外的壓力差，控制孔上單層/雙層石墨烯的鼓起，從而實(shí)現(xiàn)“拉拽”孔外基底吸附的單層/雙層石墨烯向微孔中心產(chǎn)生滑移；在雙層石墨烯鼓泡實(shí)驗中，與下層石墨烯和二氧化硅基底之間的界面作用相比，石墨烯層間界面有著更弱的剪切阻力；借助拉曼光譜和原子力顯微技術(shù)，可以精確地測量層間剪切變形場隨著壓力增大而擴(kuò)展，結(jié)合實(shí)驗分析、理論計算和分子動力學(xué)模擬，最終獲得雙層石墨烯層間的剪切阻力約為40千帕斯卡；這比用相同實(shí)驗技術(shù)測得的單原子層石墨烯和氧化硅基底的剪切阻力低了大約40倍。該工作提供了一種新穎可控的實(shí)驗技術(shù)來表征二維材料層間范德華剪切作用，進(jìn)而幫助理解二維材料層間的潤滑作用，同時也為二維材料的應(yīng)變工程提供了新的思路。 vKmV<*K  
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　　美國西北大學(xué)的微納米力學(xué)專家、歐洲科學(xué)院及俄羅斯科學(xué)院院士Horacio Espinosa對此研究給予高度評價，“該研究給出了一種精致和新穎的實(shí)驗技術(shù)來測量二維材料層間及和基底的界面性能，研究結(jié)果將為器件和材料設(shè)計提供新的機(jī)遇”。致力于納米摩擦學(xué)的德國萊布尼茲新材料研究所教授Roland Bennewitz認(rèn)為該研究為理解石墨烯優(yōu)越的潤滑性能提供了定量的實(shí)驗基礎(chǔ)，并認(rèn)為“這項研究作為基石，為相關(guān)的原子尺度模擬提供了可靠的實(shí)驗結(jié)果，進(jìn)而人們可以更好地理解石墨烯優(yōu)異的潤滑效果”。