摩擦是限制很多人造產品壽命的主要因素。在當代工業社會，約80%的器件失效都是由磨損引起的。在微米尺度，表面效應顯著，磨損現象要比宏觀器件更加嚴重。
好在，結構超滑（Structural Superlubricity）為器件的磨損問題提供了一個根本性的解決方案——在此狀態下，兩個完全接觸的固體表面可以在滑動過程中保持幾乎為零的摩擦力和零磨損狀態。
最近，清華大學鄭泉水院士團隊利用石墨和類金剛石薄膜構成的結構超滑體系，在大氣環境和2.5米/秒的相對滑動速度下，實現了長達100千米距離的無磨損接觸滑動。
如圖所示，研究者將微米尺度石墨片粘接在探針前端，透過奈米操作手操縱石墨片與一塊碟片上的原子級光滑的類金剛石薄膜接觸。實驗中石墨片位置固定，碟片的轉動會使石墨片與類金剛石薄膜間發生相對滑動。光學顯微鏡用來實時觀測石墨片在碟片上的滑動狀況。
研究者將碟片轉動的速度控制在2.5米/秒，對石墨片進行了長達12.5小時共計108千米的滑動實驗。滑動結束後，研究者對石墨片滑動面上的中心區域和四周共五個點進行了拉曼光譜表徵，沒有探測到D峰。這意味著在108千米的超長距離滑動後，石墨的滑動面仍然是完好無損的。研究者還對碟片上的滑道用原子力顯微鏡進行了形貌表徵，沒有發現任何磨損軌道和痕跡。
研究者進一步測量了石墨片在類金剛石薄膜上的摩擦力隨正壓力變化的關係，觀察到它們之間的摩擦應力僅為0.02 MPa左右（正壓力為40微牛），且微分摩擦係數（摩擦力相對於法向力的導數）約為0.005。當正壓力大於30微牛（約2 MPa）後，摩擦係數（即摩擦力與正壓力的比值）為千分之一量級。
石墨片可看成是由一張張石墨烯堆疊而成的。石墨烯是範德華二維材料，其與類金剛石之間的相互作用力為範德華作用力，這可能是它們之間摩擦力極低的原因。為了驗證這一點，研究者進一步測量了石墨片與其他六種材料間的摩擦係數（矽、藍寶石、雲母、氧化矽、氧化鋁、氧化鉿，它們與石墨片之間均為範德華作用），結果顯示其均在千分之一量級。
透過計算，研究者還發現石墨片與這些材料間的接觸狀態是全接觸的。這種全接觸狀態避免了應力集中、邊緣效應等可能破壞超滑狀態的因素。
綜合各項證據，研究者認為，介面的範德華相互作用、原子級光滑的表面、全接觸狀態、以及石墨烯面內極高的強度，共同促成了石墨片與類金剛石薄膜間極其優異的耐磨損效能。（科學網）
