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吴章辉
副教授
深圳大学机电与控制工程学院百人副教授
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Academics
联系方式

邮箱：892953378@qq.com

个人简介

吴章辉，深圳大学机电与控制工程学院百人副教授。2018年在中国科学技术大学获得理学学士学位，指导老师为吴恒安教授。2022年在清华大学获得工学博士学位，指导老师为郑泉水院士。2022年至2025年在清华大学航院进行博士后研究工作，并在此期间担任超滑技术研究所基础和项目部副主任，2025年加入深圳大学机电与控制工程学院。主要研究兴趣集中在结构超润滑界面之间的摩擦和电性能，以及无磨损的滑动电接触。实现了最高的传输临界电流密度（至少比以前高两个数量级）和最低的两个接触滑动表面的接触电阻。此外，在此基础上，他建造了第一个结构超润滑导电滑环的原型。这些研究已在Physical Review Letters、PNAS、National Science Review、Nature Communications、Nano Letters等期刊上发表十余篇学术论文，已获授权专利10余项。获得2022年博新计划支持。

研究领域

“微系统”(Microsystems，MS)是将传感、通信、处理、执行和微能源等多种功能单元集 成在一起的微小型系统，被公认为 21 世纪的革命性技术之一。然而，随着技术的进步和人形机器人、无人机、6G通信技术等未来主导产业的迅速涌现，需要更低的功耗和更长的寿命(甚至是全寿命)。面对这些新的关键需求，主要基于半导体和 MEMS 的传统微系统的发展，纷纷遇到技术瓶颈，急需新原理技术的出现。

具有极低摩擦和磨损特征的超滑技术的出现，提供了急需的新原理技术。超滑微系统 (Supersliding Microsystems, SMS)定义为集成了多种功能及超滑组件的微小型系统。特别是， 结构超滑(两个接触固体表面间相对滑移时零磨损和近零摩擦的状态)所对应的结构超滑技术是实 现超滑微系统的最佳途径，有望成为第四次工业革命的核心基础技术，为接触滑动式器件打开了微 观世界的大门。此外，对于基础研究方面，结构超滑可实现滑动界面的全原子接触，这对于滑动界面的承载、电传导、热传导等研究来说，是一个不可多得的理想研究平台。例如，已有研究表明， 结构超滑界面可在高达 9.45 GPa 的接触压强下保持稳定，高出此前报道的滑动界面可承载最大压强近一个量级。

但是，在我之前，关于结构超滑的研究，更多的局限于力学方面，而超滑微系统不仅涉及到界面的力学性能，还会与界面的电学性能相关。因此，我首次将电学特性引入结构超滑界面并加以研 究，证实了结构超滑界面不仅具有优异的力学特性(无磨损、近零摩擦系数、全原子接触、极高的 承载压强能力等)，同时还具有优异的电学特性(极低的接触电阻、极高的电流传输密度、稳定的 电传输等)。

一方面，我利用结构超滑体系，开创性的提出了电弹性的概念，并可通过电压来调控刚度，进而设计了本征频率可变的结构超滑微谐振器，该器件为水平滑动式，也从理论上证实了结构超滑在微尺度应用的变革性(Communications Materials，2021)。

另一方面，我率先研究了带电的结构超滑问题：1. 实现了高达 17.5 GA/m2 的滑动电流传输密度，比此前文献报道的最高滑动电流密度(0.12 GA/m2)还要高两个量级；2. 厘清了电场对结构 超滑界面摩擦特性的影响机制，发现了电压可对结构超滑界面的摩擦行为进行调控；3. 实现了低 至 0.453×10-11 Ω·m2 的接触电阻率，是现有最低的静态接触电阻率的 1/3;4. 发展了电测筛选鲁 棒超滑块的方法，为结构超滑的实际应用打下了实验基础(Physical Review Letters (×2)，2024；National Science Review，2024;ACS Applied Materials&Interfaces，2023;Nano Letters，2024)。

上述研究充分说明了结构超滑界面具有优异的力电特性，因此，我还将其应用到实际器件中，实现了第一台结构超滑导电滑环原理样机的搭建和功能验证，解决了传统导电滑环的摩擦磨损、寿命以及电传输稳定性等瓶颈问题;参与了超滑 MEMS 开关的开发和性能验证，有望解决 MEMS 开关的碰撞寿命等瓶颈问题，并大幅提高电学特性(PNAS，2020;PNAS，2024；Nano Letters， 2024)。


研究成果

  1. Zhanghui Wu,Yiran Wang,Tielin Wu,Yelingyi Wang,Weipeng Chen,Chucheng Zhou,Ming Ma, and Quanshui Zheng. Wear-free sliding electrical contacts with ultralow electrical resistivity, Proceedings of the National Academy of Sciences, 2024, 121 (47), e2406800121. (独立一作)

  2. Zhanghui Wu#, Xuanhe Li#, Deli Peng, and Quanshui Zheng. Positive-Negative Tunable Coefficients of Friction in Superlubric Contacts, Physical Review Letters, 2024, 132(15): 156201. (共同一作)

  3. Tielin Wu, Weipeng Chen, Lingyi Wangye, Yiran Wang, Zhanghui Wu*, Ming Ma*, and Quanshui Zheng*. Ultrahigh Critical Current Density across Sliding Electrical Contacts in Structural Superlubric State, Physical Review Letters, 2024, 132(9): 096201. (共同通讯)

  4. Zhanghui Wu#*, Tielin Wu#, Xiaojian Xiang#*, Weipeng Chen, Yelingyi Wang, Dingchuan Tang, Ying Liu, Jie An, Jinhui Nie, Deli Peng, and Quanshui Zheng. Ultralow Resistivity of Graphite/Au Van der Waals Heterostructure in Structural Superlubric State, Nano Letters, 2024, 24(48): 15481-15487. (共同一作&共同通讯)

  5.  Yelingyi Wang, Jin Wang, Tielin Wu, Weipeng Chen, Deli Peng, Zhanghui Wu*, Ming Ma*, and Quanshui Zheng*. The anomalous effect of electric field on friction for microscale structural superlubric graphite/Au contact, National Science Review, 2024, nwae019. (共同通讯)

  6. Weipeng Chen, Tielin Wu, Yelingyi Wang, Yiran Wang, Ming Ma, Quanshui Zheng, and Zhanghui Wu*. Filtering Robust Graphite without Incommensurate Interfaces by Electrical Technique, ACS Applied Materials Interfaces, 2023, 15(49): 57791-57798. (独立通讯)

  7. Deli Peng#, Zhanghui Wu#, Diwei Shi, Cangyu Qu, Haiyang Jiang, Yiming Song, Ming Ma, Gabriel Aeppli, Michael Urbakh, and Quanshui Zheng*. Load-induced dynamical transitions at graphene interfaces, Proceedings of the National Academy of Sciences, 2020, 117(23):12618-12623. (共同一作)

  8. Zhanghui Wu#*, Xuanyu Huang#*, Xiaojian Xiang, and Quanshui Zheng*. Electro-superlubric springs for continuously tunable resonators and oscillators,Communications Materials, 2021, 2(1): 104.(共同一作&共同通讯)

  9. Weipeng Chen, Tielin Wu, Yelingyi Wang, Deli Peng, Jin Wang, Zhanghui Wu*, and Quanshui Zheng*. Observation of zero coefficient of friction above a critical pressure, Nature Physics, Under Review.


学术兼职
奖励荣誉
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Biography
Research interest and expertise

“微系统”(Microsystems，MS)是将传感、通信、处理、执行和微能源等多种功能单元集 成在一起的微小型系统，被公认为 21 世纪的革命性技术之一。然而，随着技术的进步和人形机器人、无人机、6G通信技术等未来主导产业的迅速涌现，需要更低的功耗和更长的寿命(甚至是全寿命)。面对这些新的关键需求，主要基于半导体和 MEMS 的传统微系统的发展，纷纷遇到技术瓶颈，急需新原理技术的出现。

具有极低摩擦和磨损特征的超滑技术的出现，提供了急需的新原理技术。超滑微系统 (Supersliding Microsystems, SMS)定义为集成了多种功能及超滑组件的微小型系统。特别是， 结构超滑(两个接触固体表面间相对滑移时零磨损和近零摩擦的状态)所对应的结构超滑技术是实 现超滑微系统的最佳途径，有望成为第四次工业革命的核心基础技术，为接触滑动式器件打开了微 观世界的大门。此外，对于基础研究方面，结构超滑可实现滑动界面的全原子接触，这对于滑动界面的承载、电传导、热传导等研究来说，是一个不可多得的理想研究平台。例如，已有研究表明， 结构超滑界面可在高达 9.45 GPa 的接触压强下保持稳定，高出此前报道的滑动界面可承载最大压强近一个量级。

但是，在我之前，关于结构超滑的研究，更多的局限于力学方面，而超滑微系统不仅涉及到界面的力学性能，还会与界面的电学性能相关。因此，我首次将电学特性引入结构超滑界面并加以研 究，证实了结构超滑界面不仅具有优异的力学特性(无磨损、近零摩擦系数、全原子接触、极高的 承载压强能力等)，同时还具有优异的电学特性(极低的接触电阻、极高的电流传输密度、稳定的 电传输等)。

一方面，我利用结构超滑体系，开创性的提出了电弹性的概念，并可通过电压来调控刚度，进而设计了本征频率可变的结构超滑微谐振器，该器件为水平滑动式，也从理论上证实了结构超滑在微尺度应用的变革性(Communications Materials，2021)。

另一方面，我率先研究了带电的结构超滑问题：1. 实现了高达 17.5 GA/m2 的滑动电流传输密度，比此前文献报道的最高滑动电流密度(0.12 GA/m2)还要高两个量级；2. 厘清了电场对结构 超滑界面摩擦特性的影响机制，发现了电压可对结构超滑界面的摩擦行为进行调控；3. 实现了低 至 0.453×10-11 Ω·m2 的接触电阻率，是现有最低的静态接触电阻率的 1/3;4. 发展了电测筛选鲁 棒超滑块的方法，为结构超滑的实际应用打下了实验基础(Physical Review Letters (×2)，2024；National Science Review，2024;ACS Applied Materials&Interfaces，2023;Nano Letters，2024)。

上述研究充分说明了结构超滑界面具有优异的力电特性，因此，我还将其应用到实际器件中，实现了第一台结构超滑导电滑环原理样机的搭建和功能验证，解决了传统导电滑环的摩擦磨损、寿命以及电传输稳定性等瓶颈问题;参与了超滑 MEMS 开关的开发和性能验证，有望解决 MEMS 开关的碰撞寿命等瓶颈问题，并大幅提高电学特性(PNAS，2020;PNAS，2024；Nano Letters， 2024)。


Achievements
Hold and office or position
Honors and Awards