on style="margin: 0px; padding: 0px; max-width: 100%; box-sizing: border-box; color: rgb(51, 51, 51); font-family: -apple-system, BlinkMacSystemFont, "Helvetica Neue", "PingFang SC", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei UI", "Microsoft YaHei", Arial, sans-serif; font-size: 17px; letter-spacing: 0.544px; text-align: justify; white-space: normal; background-color: rgb(255, 255, 255); line-height: 1.75em; overflow-wrap: break-word !important;">▲第一作者：刘磊
通讯单位：1.清华大学摩擦学国家重点实验室；2.南京大学化学化工学院
论文DOI：10.1016/j.nantod.2021.101262
本文利用摩擦力显微镜，在原子级分辨率下观察到二维MOFs表面的原子晶格结构。作者通过原子级摩擦图像，DFT模拟和晶体场理论分析了MOFs配位稳定性与摩擦学性能之间的联系，从而建立了构效关系。目前微观尺度的摩擦机制已被揭示的较为清楚，主要与润滑材料的本征结构参数相关，例如表面刚度、粘附能力等。但目前所使用和研究的润滑材料均不能完全克服以上问题。无机材料虽硬但脆，并且固有表面能高导致表面粘附性强（以云母为例）。有机聚合物如PTFE固有表面能低，但是表面易变形，褶皱效应增强。碳材料各项属性居中，所以目前呈现出较优异的性能，但仍受上面的因素所限制。无机有机杂化材料填补了力学性能上传统无机材料与聚合物材料之间的空白区域，且可同时集无机材料与有机材料的优势于一身。在无机有机杂化材料中，金属有机框架（MOFs）由于其长程有序的晶体结构适合作为研究平台去探究其摩擦学性能。由于二维MOFs组成单元丰富，我们挑选了几种具有代表性的结构组成，但它们均为相同的拓扑结构。表征结果表明，我们所制得的二维MOFs呈片状结构，且表面光滑，部分MOFs表现出不稳定性。
MOFs其无机有机杂化结构的优势得到了验证，摩擦系数低至5.3*10-4，而其粘附力仅为碳材料HOPG的1/2，经过一轮变载摩擦实验后，表面粗糙度仅增加了32 pm。另外由于MOFs组成单元丰富且可实现分子级调节，MOFs的摩擦学性能也可在大范围内变化，其摩擦系数改变可达一个数量级。我们通过DFT模拟和晶体场理论分析得知不同成分的MOFs其配位稳定性的不同导致了其与探针作用的程度不同，从而摩擦学性能不同。随后我们通过增加2D MOFs的配位不稳定性，增强其与探针的作用力，在摩擦学显微镜下观察到其原子相结构。无机有机杂化结构在摩擦学中的研究是有重要意义的，其独特结构优势已被初步证实。另外，本工作中进行的摩擦起源研究以及构效关系建立将为之后的研究工作提供科学的理论指导。2D metal-organic frameworks with square grid structure: A promising new-generation superlubricating material，Nano Today 40 (2021) 101262. DOI：10.1016/j.nantod.2021.101262https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1748013221001870?dgcid=coauthor
