《范德華層狀介質的滑移行為和力學模型》，是依託於清華大學，由鄭泉水、劉哲、徐志平、劉澤、劉益倫主要完成的科研項目。
基本介紹
- 中文名：范德華層狀介質的滑移行為和力學模型
- 依託單位：清華大學
- 主要完成人：鄭泉水、劉哲、徐志平、劉澤、劉益倫
- 獲獎情況：國家自然科學獎二等獎
項目簡介,獲獎記錄,
項目簡介
范德華層狀介質是材料中的一大類，如由石墨烯作為基本單層構成的石墨和多壁碳納米管就是典型的范德華層狀介質。其特徵是層間相互作用很弱 (范德華力)、層內原子間相互作用很強 (化學鍵)，由此導致了高度各向異性、層與層之間抗滑移強度很低等獨特力學特性。該項目組自2000年開始對范德華層狀介質的超滑行為和力學模型作了理論與實驗研究，取得如下研究成果：
(1)超滑行為：實現固體接觸“零” (零或幾乎為零的) 摩擦是人類久遠的夢想之一。1990年人們預期非公度接觸的范德華界面可實現“零”摩擦，稱為超滑(superlubricity)，但直到2011年還認為超滑將局限於納米尺度、超高真空環境、和微米/秒低速。2012-2013年項目組在國際上首次報導了在微米以上尺度、室內大氣環境、和速度從零到25米/秒的超滑。上述實驗的成功主要利用了項目組的另一個實驗發現，即微弱且有效作用程只有數納米的范德華作用力居然可以驅動石墨片克服固-固界面摩擦實現微米尺度的自縮回運動；以這個現象為基礎，項目組提出並發展了研究超滑、表面“絕對”清潔、直接實驗測定層狀介質解理能等多個獨特的實驗方法。此外，項目組率先研究了范德華力驅動自回復運動的機制。
(2)力學模型：發現范德華層狀介質可出現一種源於高度各向異性、且僅由材料彈性常數決定的內稟失穩機制，由此合理解釋了報導於Science (1997, 1999)上的多個奇特實驗現象。發現石墨在所有已知六方晶體材料中具有最高的各向異性程度；而單壁碳納米管束作為六方超晶格材料具有更高的各向異性。首次建立了包含所有的彈性常數、各向異性和尺度效應的單壁碳納米管的彈性力學模型。發現多層石墨烯梁具有傳統連續介質力學不能解釋的共振模式，提出了多梁剪下模型。提出了基於微結構和層間交聯調控的動態材料力學模型，並套用於范德華層狀介質的強韌化設計。
該項目組上述工作的8篇代表論文被SCI引592次。項目組成員應邀在國際會議上做大會和Keynote報告十多次，獲得了首個專門研究超滑現象的973項目支持等。
獲獎記錄
2017年獲國家自然科學獎二等獎。
