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俄歇电子能谱技术表征亚毫米石墨剪切界面缺陷结构支撑航院郑泉水院士团队研究

2023-11-10

结构超滑是指在固体-固体接触滑移过程中呈现磨损为零和摩擦系数几乎为零的状态,结构超滑技术为解决摩擦磨损问题提供了一个颠覆性解决方案。微纳操纵技术是微纳米领域的关键技术,也是解决现有挑战的必要条件。文献报道的最大单体结构超滑接触面积约为100 µm2量级,但是目前所有我们已知的结构超滑可能的应用场景,都需要宏观或裸眼可见尺度(亚毫米以上)的接触界面,亚毫米级结构超滑没有实现的主要原因之一是缺乏合适的操纵技术。清华大学郑泉水院士团队基于微触头技术操纵、表征亚毫米石墨剪切界面的研究工作,相关成果发表在ACS applied materials & interfaces. 2023,15(37):44563-44571.

使用该技术操纵石墨剪切接触的最大面积为1×1 mm2,是传统探针方法最大操纵尺寸(20×20 µm2)的2500倍。基于该技术,亚毫米HOPG石墨方块的剪切界面首次被打开。采用原子力显微镜(AFM)、电子背散射衍(EBSD)、拉曼光谱和俄歇电子能谱(AES)对接触界面的两侧进行了系统的表征,并在界面发现了三种缺陷结构:共度晶粒(commensurate grains)、外台阶(external steps)和碳杂质(carbon aggregates)。

俄歇电子能谱(AES)因其灵敏的表面特性而成为最常用的表面分析手段,具有很高的空间分辨率,可以满足样品表面微区分析的要求。分析中心俄歇电子能谱分析表征了亚毫米石墨剪切界面缺陷结构:碳杂质carbon aggregates测得杂质区域主要为碳(92%),少量氧气(5%)和硅(3%),Mapping像表征了整个分析区域碳、氧和硅的分布情况。俄歇结果证明界面中发现的杂质可能是无序的石墨碳,这是导致超润滑缺陷结构之一。论文作者对分析中心俄歇电子能谱分析进行了致谢。

图. 俄歇电子能谱(AES)表征


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