LEAPS-MPS: Seeking Superlubricity at Single Molecule Level on Graphene Nanoribbons
LEAPS-MPS: Seeking Superlubricity at Single Molecule Level on Graphene Nanoribbons
批准号:
2213366
负责人:
YUAN ZHANG
金额:
$25.0万
依托单位国家:
美国
项目类别:
Standard Grant
财政年份:
2022
资助国家:
美国
项目状态:
未结题
起止时间:
2022-07-01 至 2025-06-30
中文摘要
该奖项全部或部分由《2021年美国救援计划法案》(公法117-2)资助。摘要:摩擦是一种重要的物理现象。走路或开车没有摩擦是不可能的。另一方面,摩擦对机械设备有负面影响,因为它会造成磨损,消耗能量,浪费不可再生的自然资源。该项目旨在研究由有机分子和石墨烯纳米带(gnr)形成的接触上的超润滑性,即摩擦几乎消失的状态。该项目通过测量有机分子在gnr上滑动时的摩擦力,研究原子尺度上的摩擦规律,探索超润滑的起源,以补充高中教科书中提供的宏观摩擦规律,并致力于摩擦学的突破。该项目可能导致gnr作为超润滑单层材料应用于减少自旋电子器件和其他微纳米机电系统的摩擦和磨损。该项目是老道明大学(ODU)第一个在单原子/分子水平上研究物理和材料的项目。它向ODU介绍了以前在校园无法获得的研究专业知识和仪器资源,并扩大了来自各个科学和工程领域的教师和学生的研究参与。这项研究还旨在激发年轻人的思想,涉及一名ODU研究生,大量ODU少数族裔本科生,由汉普顿路社区的非洲裔美国学生组成的黑人物理学家协会(SBP)的学生,以及来自周边地区的K-12高中学生。技术摘要:本项目利用gnr作为容纳有机分子的固态支撑平台,利用低温扫描隧道显微镜(STM)和qPlus原子力显微镜(Q+AFM)量化gnr上单个分子移动所需的力,旨在发现gnr上的超润滑,其静摩擦比先前观察到的小1-2个数量级。在三种不同类型的gnr之上,研究了包括单个有机分子、平面和非平面、对称和非对称结构在内的各种分子体系,以揭示原子尺度摩擦和超润滑的起源。该奖项反映了美国国家科学基金会的法定使命,并通过使用基金会的知识价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。
英文摘要
This award is funded in whole or in part under the American Rescue Plan Act of 2021 (Public Law 117-2).NONTECHNICAL ABSTRACT: Friction is an essential physical phenomenon. It would be impossible to walk or drive without friction. On the other hand, friction has negative impacts on mechanical devices because it causes wear, dissipates energy, and wastes non-renewable natural resources. This project aims to investigate superlubricity, a state where friction almost vanishes, on the contacts formed by organic molecules and graphene nanoribbons (GNRs). By measuring friction force on organic molecules sliding on GNRs, the project investigates the laws of friction at atomic scale and explores the origins of superlubricity, to complement the macroscopic laws of friction available in high school textbook and to aim for breakthroughs in tribology. The project may lead to GNRs as superlubricant monolayer materials applied to reduce the friction and wear of spintronic devices and other micro- and nano-electromechanical systems. The project is the first on physics and materials at the single atom/molecule level at Old Dominion University (ODU). It introduces ODU to research expertise and instrumentation resources not previously accessible on campus, and it broadens research participation among faculty and students from various science and engineering fields. This research also aims to inspire young minds, involving an ODU graduate student, a large number of ODU undergraduate students from minority groups, students from the Society of Black Physicists (SBP) formed by African American students in the Hampton Roads community, as well as K-12 high school students from the surrounding area. TECHNICAL ABSTRACT: The project utilizes GNRs as solid-state supporting platforms to accommodate organic molecules, to quantify the force required to move a single molecule on GNRs using a low temperature Scanning Tunneling Microscope (STM) and a qPlus Atomic Force Microscope (Q+AFM), and aims to discover superlubricity on GNRs with static friction 1-2 orders of magnitude smaller than previously observed. Various molecular systems including single organic molecules, planar and non-planar, symmetric and non-symmetric in structure, on top of three different types of GNRs are investigated to unveil the origins of atomic scale friction and superlubricity.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
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