近期，清華大學機械工程系、摩擦學國家重點實驗室雒建斌、馬天寶課題組以及清華大學航天航空學院工程力學系、微納米力學中心李群仰課題組，聯合中國科學院上海微系統所信息功能材料國家重點實驗室SOI材料與器件王曦、狄增峰課題組，在二維材料分子平面結構調控及其在二維材料潤滑性能控制方面取得研究進展。

    研究人員們發現當單晶鍺與生長其上的石墨烯以合適角度堆疊成一體時，石墨烯即使在經歷外界劇烈的化學作用后仍然能保持較好的二維平整結構進而延續其優異的摩擦潤滑特性，相關成果有助于推動二維材料在微納摩擦與潤滑領域的應用，以“莫爾條紋穩定石墨烯超低摩擦狀態”（Robust ultra-low friction state of graphene via moiré superlattice confinement）為題近期發表在《自然·通訊》（Nature Communications）。

  （a） 莫爾條紋區域與非莫爾條紋區域石墨烯氟化前后表面摩擦力的對比；（b） 莫爾條紋區域與非莫爾條紋區域石墨烯氟化后STM表面形貌；（c） 第一性原理計算表明莫爾條紋區域石墨烯與襯底之間存在電荷轉移聚集，具有錨定石墨烯效應。

    近年來人們發現二維材料由于其特殊的平面原子結構而具有十分奇特而優良的摩擦性能，有望作為一種超薄的潤滑材料在微納領域得到重要應用。然而，由于二維薄膜材料超乎尋常的比表面積，易于受工作環境，特別是表面化學作用影響而降低甚至喪失潤滑性能。因此，如何在復雜的滑動工況下從原子尺度上有效地保持單分子層二維材料的穩定性給研究人員提出了一個全新的挑戰。清華大學摩擦學國家重點實驗室以及清華大學航天航空學院聯合中國科學院上海微系統所信息功能材料國家重點實驗室的科研人員觀察到鍺（111）晶面上生長的多晶石墨烯，由于上下晶體堆疊的方式不同，會同時產生具有周期性莫爾條紋的區域和非莫爾條紋的區域。經過氟化、氧化等化學處理后，非莫爾條紋區域的潤滑性能極大削弱。然而，具有周期性莫爾條紋區域的石墨烯卻仍然保持良好的潤滑特性。通過第一性原理計算，科研人員發現，周期性莫爾條紋區域中石墨烯的碳原子與鍺原子之間的相互作用力要遠遠強于普通的范德瓦爾斯力；這種強的錨定作用使得石墨烯能夠抵御外界擾動對其平整分子結構形貌的改變，從而增強其潤滑的魯棒性。相關研究發現有望推廣到其它的二維材料體系，推動單分子層潤滑材料在微納系統中的應用。

    該論文通訊作者為清華大學航院李群仰副教授、機械系馬天寶副教授和中國科學院上海微系統所狄增峰研究員。該工作得到國家自然科學基金委創新研究群體、重大科研儀器研制項目、優秀青年基金、面上基金、科技部國家重大科學研究計劃（973）項目、中組部青年千人與青年拔尖人才項目、清華大學自主科研計劃項目、唐仲英基金、上海市學科帶頭人等相關研究計劃支持。第一性原理計算在清華大學高性能計算中心“探索100”平臺上完成。