NANO编辑优选：杂原子Sn插层对WS2滑移能垒影响的电子机制
文章介绍
Dulin Huang（黄笃林）, Gonglei Shao（邵功磊）, Xu Zhang（张旭） and Zhen Zhou（周震）
通讯作者：
- 周震，郑州大学化工学院、南开大学材料科学与工程学院
研究背景：
摩擦是日常生活和工业生产中不可避免的现象，其造成的能源损耗约占全球总消耗的20%，带来巨大的资源浪费和经济损失。二维层状材料(如石墨烯、MoS2和WS2等)因其弱层间范德华相互作用和优异的润滑性能，成为摩擦学领域的研究热点。然而，现有材料仍存在局限性：石墨烯在潮湿环境中易氧化，MoS2需复杂的界面工程才能实现超润滑性，成本高昂。相比之下，WS2具有更高的化学稳定性和宽温适应性(−200°C至600°C)，但其摩擦性能优化机制尚未完全明确。此外，杂原子(如Sn)插层对层状材料的滑动机制研究较少，现有理论指标(如局部电荷密度差异)难以全面解释动态滑动过程中的能垒变化，亟需新的定量分析工具，以深入揭示其摩擦调控机制。
研究内容：
本研究聚焦于二维层状材料WS2的摩擦调控机制，重点探讨异质原子Sn插层对层间滑动能垒的电子作用。针对传统二维润滑材料(如石墨烯和MoS2)存在的氧化敏感性、复杂界面工程需求及插层机制不明确等问题，研究结合理论计算与实验分析，系统揭示了Sn插层对WS2层间摩擦性能的影响，旨在阐明其超低摩擦的物理本质，并为新型润滑材料的设计提供理论指导。
研究结果建立了Sn插层WS2的电子摩擦调控模型，阐明电荷动态行为与能量耗散的定量关系，为二维材料摩擦学提供理论框架。Δρ2指标的提出拓展了摩擦机制的量化分析工具，适用于其他插层体系及异质界面的摩擦性能预测。该研究结合多尺度理论与实验，解决了异质原子插层润滑机制的关键难题，为二维材料在先进润滑领域的应用奠定了重要基础。
作者介绍
周震 教授
郑州大学、南开大学
- 周震，郑州大学化工学院院长、长江学者、享受国务院政府特殊津贴专家。主持国家重点研发计划项目课题和国家自然科学基金重点项目等研究，通过高通量计算、实验与机器学习相结合设计可再生能源存储与转化材料与系统。在J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem.和Adv. Mater.等期刊上发表论文350余篇，被引48000余次，h-index为125。2014-2023年连续11年入围“爱思唯尔”中国高被引学者榜。2018-2024年连续七年入选“科睿唯安”全球高被引科学家。2020年入选英国皇家化学会会士(FRSC)。现为Journal of Materials Chemistry A和Green Energy & Environment等期刊副主编、Journal of Power Sources编辑以及Batteries & Supercaps和《过程工程学报》等期刊编委，中国电子学会化学与物理电源技术分会第八届委员会委员、中国化学会理论化学专业委员会委员、中国自然资源学会资源循环利用专业委员会委员和河南省委决策咨询委员会委员。
期刊介绍
- 2024年影响因子：2.8 Citescore：6.2
- Nanotechnology（NANO）创刊于1990年，是第一本纳米科研和技术领域的专业期刊。NANO发表纳米技术研究发展前沿的高水平研究论文及纳米研究进展的综述，主要集中在纳米能源、生物和医学、电子和光子、图案和纳米加工、传感和驱动、材料合成和材料性能等领域。