缺陷和基底對(duì)石墨烯摩擦性能影響的分子動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、眾多研究表明石墨烯具有超低摩擦力，然而由于制備工藝的限制，石墨烯中很可能會(huì)出現(xiàn)缺陷，影響石墨烯納米器件的性能。其次，石墨烯納米器件的性能也受到基底的影響。因此，研究缺陷和基底對(duì)石墨烯摩擦性能的影響，有助于深化對(duì)石墨烯摩擦性能的理解。為石墨烯器件性能的優(yōu)化提供理論依據(jù)。
　　本文采用分子動(dòng)力學(xué)方法模擬硅探針在空位缺陷和SW型缺陷石墨烯上的滑移過(guò)程。結(jié)果表明，兩種缺陷石墨烯摩擦力大于完美石墨烯，空位缺陷使石墨烯界面勢(shì)壘增大導(dǎo)致能量耗散

2、增加，摩擦力增大;SW缺陷使石墨烯表面形成凸起，阻礙探針滑移，摩擦力增大?？瘴蝗毕菔┢骄Σ亮﹄S缺陷濃度的增加而增加，因?yàn)楦邼舛鹊目瘴蝗毕菔┤毕萏幠芰縿?shì)壘較大，能量耗散較大，摩擦力較大。SW2型缺陷石墨烯摩擦力大于SW1型，因?yàn)榇嬖谙噜徫暹呅翁荚迎h(huán)結(jié)構(gòu)的石墨烯表面更容易產(chǎn)生褶皺，SW2型缺陷石墨烯存在相鄰五邊形碳原子環(huán)結(jié)構(gòu)，SW2型缺陷石墨烯不存在相鄰五邊形碳原子環(huán)結(jié)構(gòu)，SW2型缺陷石墨烯表面較高的褶皺阻礙探針滑動(dòng)，摩擦力增大

3、。
　　本文還采用分子動(dòng)力學(xué)方法模擬硅探針在不同表面粗糙度和粘附性能支撐基底上石墨烯滑動(dòng)的過(guò)程。結(jié)果表明，完美石墨烯摩擦力隨支撐基底表面粗糙度的增加而增加，表面粗糙度較低的基底上石墨烯摩擦力隨層數(shù)的增加而略微增加，表面粗糙度較高的基底上石墨烯摩擦力隨層數(shù)的增加而明顯下降，這是由探針作用下石墨烯的法向變形和石墨烯表面粗糙度共同作用導(dǎo)致的。在任意表面粗糙度支撐基底上，單原子空位缺陷石墨烯摩擦力與完美石墨烯摩擦力基本一致，SW缺陷石墨烯

4、摩擦力大于完美石墨烯摩擦力，這是由于SW缺陷處產(chǎn)生凸起，導(dǎo)致摩擦力增大。光滑基底上石墨烯摩擦力隨支撐基底粘附性能的增加而減小，粗糙基底上石墨烯摩擦力隨支撐基底粘附性能的增加而增加。SW型缺陷石墨烯摩擦力隨支撐基底粘附性能增強(qiáng)而減小的幅度大于完美石墨烯和單原子空位缺陷石墨烯;支撐基底與石墨烯之間LJ作用勢(shì)的勢(shì)阱常數(shù)為3.73meV時(shí)，支撐基底粘附性能定義為“正常值”，支撐基底粘附性能低于“正常值”時(shí)，完美石墨烯平均摩擦力大于單原子空位缺陷