科技日報(bào)訊 （記者張佳星）“如果把冰結(jié)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，那么冰與材料表面之間的摩擦力會消失。”6月14日，北京大學(xué)物理學(xué)院量子材料科學(xué)中心、北京懷柔綜合性國家科學(xué)中心輕元素量子材料交叉平臺教授江穎告訴科技日報(bào)記者。相關(guān)研究成果當(dāng)日發(fā)表于國際頂級學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》。

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

得益于團(tuán)隊(duì)此前自主研發(fā)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(gòu)建。江穎介紹，在該技術(shù)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，并直接觀察到了二維冰島的微觀結(jié)構(gòu)。

“進(jìn)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(xué)物理學(xué)院量子材料科學(xué)中心博士趙正樸表示，對其實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定而精準(zhǔn)的操控和摩擦力測量并非易事。為此，團(tuán)隊(duì)反復(fù)實(shí)驗(yàn)嘗試，制備出一種特殊形狀的針尖，可對二維冰島進(jìn)行非破壞式的橫向操縱，并進(jìn)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(jié)果表明，石墨烯表面上尺寸較大的二維冰島，其靜摩擦系數(shù)可低于0.01，即近乎理想的無摩擦狀態(tài)。