石墨烯界面摩擦特性及拉伸行為的理論與實驗研究.pdf

1、石墨烯作為一種準二維材料具有非常優(yōu)異的力、電、光、熱等特性，由于其廣闊的應用前景自其發(fā)現(xiàn)以來一直是材料領域研究的熱點。石墨烯所具有的超潤滑特性將在微納機電系統(tǒng)的運動部件中有重要應用，掌握石墨烯摩擦特性對微納機電系統(tǒng)的發(fā)展具有重要意義。同時CVD法是批量制備高質量石墨烯最有前途的方法，然而該方法制備的石墨烯通常包含晶界結構。探究晶界對摩擦和力學特性的影響是石墨烯器件的設計制造的基礎性課題之一。
　　基于布朗動力學研究了金剛石針尖在懸

2、置單層石墨烯表面刻劃的摩擦行為。以接觸原子數、接觸區(qū)高度、接觸區(qū)的非對稱性等為主要考察指標分析了應變率及法向載荷對摩擦的影響，并給出了應變條件下摩擦系數的理論估計值。研究表明應變條件下摩擦力是粘附和彈性變形共同作用的結果，不同的應變和載荷作用下粘附和變形對摩擦的貢獻比例不一樣。接觸區(qū)的非對稱變形是摩擦力形成的主要因素，而應變可以抑制接觸區(qū)的非對稱性進而顯著的降低摩擦系數。同時應變條件可以提高摩擦過程的平穩(wěn)性。以此為基礎揭示了晶界對摩擦過

3、程的影響機制主要是晶界結構中的局部剛度變化會顯著的改變針尖和石墨烯的接觸狀態(tài)，而通過應變同樣可以減小晶界對摩擦的影響。通過實驗研究驗證了石墨烯的低摩擦性和摩擦力的周期性波動。
　　以分子動力學為主要手段，從能量的觀點研究了石墨烯晶界的力學特性。提出缺陷能這一表征晶界能量特性的新指標。研究了晶界形成能、缺陷能和原子最高勢能和晶向偏轉角、缺陷密度的關系。結果表明各種類型的晶界缺陷能、晶向偏轉角和缺陷密度之間有線性依賴關系，并給出了缺陷