电子能量耗散是摩擦过程中不可忽视的能量耗散途径。二维沸石咪唑框架(2D ZIFs)具有独特的电学性能，如2D Zn-ZIF和2D Co-ZIF，使其成为研究电子耗散机制的理想材料。高端装备界面科学与技术全国重点实验室刘宇宏课题组进一步关注分子和原子尺度上的电子能量耗散过程，阐明了氟掺杂引起的电学性能变化对摩擦学性能的影响，为完善电子能量耗散的微观模型提供了理论支持。
刘宇宏课题组基于二维ZIFs氟掺杂策略进行超润滑调制，在二维F-Co-ZIF表面获得了最佳的摩擦学性能，摩擦系数低至0.0010。通过电学特性、密度泛函理论模拟和荧光检测，从能量传递和能量释放两个阶段解释了氟掺杂对摩擦学性能调控的机理。具体来说，在外部激励下，能量将通过电子-空穴对的产生转移到摩擦系统中，并通过辐射和非辐射能量耗散通道释放。氟掺杂通过改变ZIFs的电子性质和能带结构来减少能量转移，通过提高屏蔽效率来减缓电荷转移，从而减缓能量释放阶段的非辐射能量耗散速率。这些发现不仅有助于研究人员更好地理解材料氟化对于改善摩擦性能的作用机制，而且为进一步探索摩擦过程中电子能量耗散途径提供了新的方式方法。
图1 2D ZIFs和2D F-ZIFs的(a) 形貌图，(b)微观摩擦实验结果，(c)能带结构图，(d) Si量子点/2D ZIFs异质结的形貌图、元素分布图、光致发光强度以及2D ZIFs的介电常数。
图2 摩擦过程中电子能量耗散机理示意图。
该成果近期发表于国际期刊《Nano Research》，题为“Modulation mechanism of electron energy dissipation on superlubricity based on fluorinated 2D ZIFs”。论文第一作者为清华大学高端装备界面科学与技术全国重点实验室博士生李昱昕，通讯作者为刘宇宏长聘副教授，该工作得到国家自然科学基金（52350323，52105194），国家资助博士后研究人员项目（GZB20230340）和中国博士后科学基金（2023TQ0184，2023M731941）的支持。
原文链接：https://rdcu.be/dxGH3
期刊简介：《Nano Research》是一本同行评议的国际跨学科研究期刊，专注于纳米科学和纳米技术的各个方面。最新影响因子IF=9.9。
