城大研究人員模擬納米級別的二維水/冰在石墨烯上的超潤滑表現

香港城市大學（城大）與北京大學（北大）的研究人員成功在石墨烯片上直接測量及模擬二維（2D）水/冰的納米級超潤滑表現。

這次的聯合研究，首次揭示二維雙層水/冰和石墨烯片之間的靜態摩擦狀態幾乎完全消失。有關發現為納米流體工程及納米摩擦學領域的研究帶來重大進展，有助促進發掘納米過濾及减少摩擦消耗的潛在應用。

相關的研究成果最近在國際學術期刊《科學》上發表，論文題目為「利用原子分辨率探究二維水傳輸的結構超滑潤性」。

納米流體工程及納米摩擦學是納米科學技術的重要研究領域。超潤滑性通常是指兩個滑動固體表面之間近乎理想的無摩擦狀態，其動態摩擦系數低於0.01。 

由城大材料科學及工程學系系主任及講座教授曾曉成教授領導的計算研究團隊，對單層石墨烯上二维水/冰的滑動表現進行了全面的分子動力模擬研究。

城大研究人員專注了解靜態摩擦表現，並計算出二維冰/石墨烯體系的最大靜態摩擦力和靜態摩擦系数。為確切模擬真實的實驗系統，以分子動力模擬的2D冰尺寸從幾納米以至數百納米不等，與北大實驗中形成的各種冰島大小相近。

城大團隊發現單位面積靜態摩擦力與雙層冰/石墨烯的接觸面積成反比，兩者之間的關係大約為~-0.5的乘數次方，與實驗測量結果相符。更值得留意的是，較為大尺寸的2D冰島，其靜態摩擦系數甚至可低於0.01。這些發現表明二維雙層冰與石墨烯之間的靜態摩擦表現符合超潤滑特性，與北大團隊從實驗中發現的靜態摩擦表現趨勢一致。

曾教授進一步闡述這項實驗與理論計算結合的基礎研究的重要性，不但有助於納米限制級別下從原子層面了解水傳輸的基本特性，更通過展示納米軟固體與硬固體之間靜態摩擦的超潤滑特性，推動納米流體工程及納米摩擦學的研究進一步發展。

曾教授說：「這項研究將進一步激勵探討新型超潤滑納米流體系統以及節能摩擦系統的實際應用。」

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