原文链接 （被选为ACS AMI封面论文）

暴露于大气中的几乎所有固体表面，都会吸附环境中的有机分子。在摩擦作用下，这些分子可发生力化学反应形成绝缘的摩擦聚合物（tribopolymer）薄膜。在纳机电系统（NEMS）中，这些薄膜会显著降低接触的导电性，从而严重影响器件寿命。该研究基于原子力显微镜实验，结合一套新开发的力学模型，系统性地揭示了应力和电场如何协同影响这一反应，为长寿命、高可靠性微纳器件的设计提供了指导。

原文链接 | Penn Engineering新闻报道

在力化学/摩擦化学中，应力对反应速率的影响通过一个称为“活化体积”的参数来表征，该参数是当前力化学理论的核心物理量之一。然而，不同实验方法测得的活化体积数值长期存在显著差异。我们的研究发现，过去常被忽略的接触力学因素会扭曲活化体积测量结果，导致极大误差。基于接触力学理论，我们建立了一套修正模型，为准确测量活化体积、定量理解力化学反应提供了统一框架。

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石墨烯是一种单原子层碳材料，以卓越的机械强度著称。然而，其抗断裂能力并非各向相同。该研究通过表征石墨解理后留下的原子级表面台阶，并结合力学模型，证实石墨烯沿特定晶向更易断裂。这种方向依赖性——即各向异性断裂——对石墨烯器件的性能至关重要，并且与二维材料独特的增韧机制密切相关。

原文链接 (入选PRL编辑推荐)

在纳米尺度上，直接表征固-固接触的两个表面至关重要，却极具挑战。在该研究中，我们利用一种新的“拾取-翻转”技术，实现了对微米超滑接触中隐藏界面的直接表征。研究证实，超滑源于两个晶体表面之间的晶格失配，而其失效则由材料缺陷引发——这恰好解释了为何超滑现象只在部分接触中出现，而在另一些接触中失效。

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经典超滑理论基于理想化的无限大接触假设。针对实际有限尺寸的超滑接触，我们通过实验将摩擦贡献区分为接触面积项和边缘项。研究发现，超滑中微小的残余摩擦主要来源于接触边缘：每个边缘原子对摩擦的贡献比接触内部原子大一万倍以上。结合由此导出的摩擦尺度规律，这些结果为设计大规模超低摩擦界面提供了指导。

原文链接 | (被Nature Materials专文报道)

表面能驱动的失稳现象在液体或软材料中十分常见，但在固体中，其作用通常受到变形能压制。然而，在微尺度超滑接触中，我们发现了这样一种新奇的失稳现象：当微探针推动石墨滑块时，在临界位移处，滑块突然从纯平动变为转动。通过一个简单的力学模型，我们证明了这种失稳是由表面能最小化所驱动。这一发现凸显了表面能在主导超滑系统的动力学行为中的作用，也为微纳器件提供了一种新的运动控制原理。