近年來有報(bào)道稱，由于氟原子的特殊性，全氟碳SAM、氟化DLC、氟化石墨烯、氟化六方氮化硼具有顯著的減摩效果，但對于氟摻雜導(dǎo)致的二維材料的超低摩擦行為，尚無相關(guān)研究從能量耗散的角度進(jìn)行系統(tǒng)闡釋。而電子能量耗散是摩擦過程中不可忽視的重要能量耗散途徑。二維沸石咪唑骨架(2D ZIFs)作為新一代二維半導(dǎo)體材料，由于其易功能化、微孔隙、低介電常數(shù)等固有特性，在微電子領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，層內(nèi)強(qiáng)共價(jià)鍵和層間弱彌散相互作用使其具有優(yōu)異的力學(xué)和摩擦學(xué)性能，有望在電子器件中用作減摩和抗磨層。其中，2D Zn-ZIF和2D Co-ZIF具有強(qiáng)的光致發(fā)光性，室溫下激子結(jié)合能大，帶隙寬，優(yōu)異的化學(xué)惰性和顯著的抗氧化性，再加上原子級光滑的材料表面，使得2D Zn-ZIF和2D Co-ZIF成為闡明二維材料中電子能量耗散和調(diào)控機(jī)制的理想平臺。

本文基于二維ZIFs的氟化處理，在二維F-Co-ZIF表面獲得了最佳的摩擦學(xué)性能，摩擦系數(shù)低至0.0010。通過電學(xué)實(shí)驗(yàn)、DFT模擬和熒光檢測，從能量傳遞和能量釋放兩個(gè)階段解釋了氟摻雜對摩擦學(xué)性能調(diào)控的機(jī)理。具體來說，在外部激勵(lì)下，能量將通過電子-空穴對的產(chǎn)生轉(zhuǎn)移到摩擦系統(tǒng)中，并通過輻射和非輻射能量耗散通道釋放。氟化通過改變ZIF的電子性質(zhì)和能帶結(jié)構(gòu)來減少能量轉(zhuǎn)移，通過提高屏蔽效率來減緩電荷轉(zhuǎn)移，從而減緩能量釋放階段的非輻射能量耗散速率。這些發(fā)現(xiàn)不僅有助于我們更好地理解氟摻雜對摩擦性能的改善機(jī)制，而且從電子能量耗散路徑提供了新的超潤滑調(diào)制方法。

圖1二維ZIF的形貌和結(jié)構(gòu)表征，從左至右分別為二維Zn-ZIF、二維F-Zn-ZIF、二維Co-ZIF和二維F-Co-ZIF。

劉宇宏，清華大學(xué)機(jī)械工程系長聘副教授/博導(dǎo)。擔(dān)任《機(jī)械工程與技術(shù)》編委和Journal of Functional Biomaterials期刊Special Issue編輯。主持國家自然科學(xué)基金優(yōu)青、面上和科技部國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（973）等國家級科研項(xiàng)目及課題，作為骨干參與國家自然科學(xué)基金委國家科技重大、重點(diǎn)科研項(xiàng)目和軍科委基礎(chǔ)加強(qiáng)計(jì)劃重大基礎(chǔ)研究項(xiàng)目等。長期圍繞微納制造中的界面摩擦行為及超滑開展基礎(chǔ)理論及技術(shù)創(chuàng)新研究工作。近5年，以第一或通訊作者在Nano Today、ACS NANO、Chemical Engineering Journal等主流雜志發(fā)表SCI論文65篇，獲他引687次，先后多次被x-mol、研之成理、納米人等多個(gè)國際國內(nèi)學(xué)術(shù)網(wǎng)站專題報(bào)道。榮獲北京市自然科學(xué)二等獎(jiǎng)，中國機(jī)械工業(yè)科學(xué)技術(shù)特等獎(jiǎng)，中國發(fā)明協(xié)會發(fā)明創(chuàng)新獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)，中國產(chǎn)學(xué)研合作創(chuàng)新獎(jiǎng)等成果獎(jiǎng)勵(lì)，并獲國家自然基金委優(yōu)秀青年項(xiàng)目資助。學(xué)術(shù)論文榮獲《機(jī)械工程學(xué)報(bào)》高影響力論文獎(jiǎng)和中國精品科技期刊頂尖學(xué)術(shù)論文。

Yuxin Li, Lei Liu, Kunpeng Wang*, Yuhong Liu*. Modulation mechanism of electron energy dissipation on superlubricity based on fluorinated 2D ZIFs. Nano Research, 2023, https://doi.org/10.1007/s12274-024-6441-8.