我國科學家創造出“無摩擦力”的冰

“如果把冰結在石墨烯等特定材料上，只讓其生長一兩個分子層，我們稱其為二維冰，那麼冰與材料表面之間的摩擦力會消失。”6月14日，北京大學物理學院量子材料科學中心、北京懷柔綜合性國家科學中心輕元素量子材料交叉平台教授江穎告訴科技日報記者。相關研究成果當日發表於國際頂級學術期刊《科學》。

“人們很早就注意到納米通道中水分子不受阻力影響運動的現象。”江穎表示，低維受限條件下的水分子傳輸經常會出現難以置信的快速，但過程很難捕捉。

得益於團隊此前自主研發的原子級分辨率掃描探針顯微鏡，單個原子或分子能夠像拼插積木一樣被精確地移動和構建。江穎介紹，在該技術支撐下，研究人員首先使銅表面的石墨烯和氮化硼襯底上生長出了二維冰島，並直接觀察到了二維冰島的微觀結構。

利用針尖操控測量二維冰與襯底間的摩擦力。（A）針尖操縱二維冰滑動示意圖。（B）兩個表面上水-針尖相互作用勢能起伏與二維冰面積的關係。（C）實驗所得二維冰在兩個表面上的本徵歸一化靜摩擦力。（D）分子動力學模擬所得二維冰在兩個表面上的本徵歸一化靜摩擦力。（北京大學量子材料科學中心網站）

“進行摩擦力測量的二維冰由超過20000個水分子組成，和拼插積木一樣，面積越大、越薄就越脆弱。”論文共同第一作者、北京大學物理學院量子材料科學中心博士趙正樸表示，對其實現穩定而精準的操控和摩擦力測量並非易事。為此，團隊反覆實驗嘗試，製備出一種特殊形狀的針尖，可對二維冰島進行非破壞式的橫向操縱，並進一步通過測量針尖與冰島的相互作用能，推算出二維冰島與襯底間的摩擦力。結果表明，石墨烯表面上尺寸較大的二維冰島，其靜摩擦係數可低於0.01，即近乎理想的無摩擦狀態。

（科技日報記者 張佳星）