【摘要】：本文運(yùn)用分子動(dòng)力學(xué)模擬,針對(duì)用少層石墨烯作潤(rùn)滑劑的系統(tǒng)做了以下兩個(gè)方面的探究:(1)首先我們針對(duì)少層石墨烯系統(tǒng)里出現(xiàn)的納米摩擦層數(shù)效應(yīng)做了一個(gè)探究,通過(guò)運(yùn)用分子動(dòng)力學(xué)模擬硅探頭在不同層數(shù)的懸浮石墨烯上滑動(dòng)的過(guò)程,我們發(fā)現(xiàn)隨著石墨烯層數(shù)的增加,滑動(dòng)探頭受到的摩擦力有奇偶振蕩的變化趨勢(shì),即奇數(shù)層系統(tǒng)的探頭受到的摩擦力總是大于與它相鄰的偶數(shù)層系統(tǒng)的摩擦力。為了對(duì)這一現(xiàn)象作進(jìn)一步的分析,我們通過(guò)改變負(fù)載的大小,探頭的尺寸以及石墨烯的狀態(tài)做了另外三組對(duì)照模擬,這三組模擬結(jié)果都是摩擦力隨著石墨烯層數(shù)的增加有奇偶振蕩的行為�；诖�,我們對(duì)石墨烯的整體構(gòu)型進(jìn)行分析,通過(guò)擴(kuò)充現(xiàn)有的接觸理論,即相對(duì)于只研究探頭與頂層石墨烯的接觸對(duì)摩擦力的影響,我們進(jìn)一步探究了頂層石墨烯和次頂層石墨烯的接觸對(duì)摩擦力的影響,我們發(fā)現(xiàn)懸浮系統(tǒng)中的間接接觸對(duì)摩擦力的奇偶振蕩行為起主導(dǎo)作用,而基底系統(tǒng)中則表現(xiàn)為直接接觸的振蕩行為。我們的工作豐富了納米摩擦的微觀理論,為微/納器件的設(shè)計(jì)和固態(tài)潤(rùn)滑劑的研究提供了新的思路。(2)第一部分的工作使我們認(rèn)識(shí)到在滑動(dòng)過(guò)程中,層狀潤(rùn)滑劑的整體構(gòu)型的變化對(duì)摩擦力有很大影響,另外基于先前報(bào)道的探頭尺寸會(huì)對(duì)層數(shù)效應(yīng)產(chǎn)生影響以及受到分子機(jī)器人的啟發(fā),我們?cè)O(shè)計(jì)了雙探頭模型,即兩個(gè)不同大小的探頭連在一起,以此來(lái)控制潤(rùn)滑劑的表面構(gòu)型,從而進(jìn)一步探究構(gòu)型影響納米摩擦的微觀機(jī)制。通過(guò)研究我們發(fā)現(xiàn)在基底系統(tǒng)中,向前滑動(dòng)和向后滑動(dòng)的摩擦力在一層和兩層石墨烯系統(tǒng)中基本是相等的,而當(dāng)石墨烯層數(shù)增加到三層和四層時(shí),兩個(gè)方向的平均摩擦力能相差兩倍;而在懸浮系統(tǒng),向兩個(gè)方向滑動(dòng)的摩擦力在一層到四層的系統(tǒng)中都有很大差別。通過(guò)分析,我們發(fā)現(xiàn),在基底系統(tǒng)中,一層和兩層系統(tǒng)中大小探頭的褶皺是獨(dú)立的,而三層和四層系統(tǒng)中褶皺則是連到一塊的,褶皺的連接區(qū)域是造成前后滑動(dòng)摩擦力差別的根本原因;在懸浮系統(tǒng)中,從一層到四層,在大探頭一層都有明顯的溝痕出現(xiàn),而在小探頭的前方則由于應(yīng)力的原因比較平坦,這種構(gòu)型的存在則造成前后滑動(dòng)摩擦力出現(xiàn)巨大差別。我們這部分工作進(jìn)一步加深了對(duì)納米摩擦的微觀認(rèn)知,并且為下一代納米器件的設(shè)計(jì)提供了新的思路。
【圖文】：

2.1 (a)AFM實(shí)驗(yàn)的示意圖 (b)原子尖端/基底模型的快照(c)橫向力圖像 Au(111)插圖葉低通濾波圖像。(d)模型 Au(111)基底的俯視圖。(c)和(d)中的白色箭頭表示快速掃向。(e)和(f)為實(shí)驗(yàn)和模擬橫向力的變化。AFM 實(shí)驗(yàn)有助于揭示與原子摩擦相關(guān)的許多新見(jiàn)解。然而，儀器本身關(guān)于納米級(jí)別的尖端和基底之間的界面的直接信息，即所謂的掩埋界面

圖 3.1 表示硅(紅色)尖端分別在(a)懸浮石墨烯(藍(lán)色)和(b)附著在硅襯底(紅色)上的石墨烯（藍(lán)色）上的初始構(gòu)型。在我們的分子動(dòng)力學(xué)模擬中考慮了兩個(gè)系統(tǒng)，如圖 1（a）和（b）所示。圖 1（a）是硅探頭放在懸浮石墨烯上，圖 1（b）是硅探頭放在已經(jīng)附著在硅基底上的石墨烯上。底層石墨烯與硅基底接觸方式為不相稱接觸，石墨烯層的堆
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：O313.5;TB383.2

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本文編號(hào)：2589546