【摘要】：近年來,二維材料優(yōu)異的摩擦特性成為人們關(guān)注的焦點,然而目前缺乏理論上對其摩擦力進行快速、有效、精確的計算預測方法.本文提出采用密度泛函理論計算真實體系的滑動勢能面,利用得到的"數(shù)值型勢能面"替代傳統(tǒng)的解析勢函數(shù),并結(jié)合Prandtl-Tomlinson模型,量化求解具有復雜形狀勢能面的真實二維材料體系的摩擦行為.基于該方法,揭示了原子力顯微鏡實驗中觀察到的石墨烯Moire紋超晶格結(jié)構(gòu)的雙周期"黏-滑"摩擦現(xiàn)象;理論預測了二維材料異質(zhì)結(jié)構(gòu)的層間超低摩擦現(xiàn)象,相對于同質(zhì)材料,其靜摩擦力和滑動摩擦力均成數(shù)量級降低,發(fā)現(xiàn)勢能面起伏和驅(qū)動彈簧剛度均會影響層間相對滑動路徑,進而對層間的摩擦行為產(chǎn)生影響.該方法同樣可拓展到其他van der Waals作用主導的界面摩擦體系.
[Abstract]:In recent years, the excellent friction characteristics of two-dimensional materials have become the focus of attention. However, there is a lack of fast, effective and accurate calculation and prediction method for the friction force of two-dimensional materials. In this paper, the density functional theory is used to calculate the sliding potential energy surface of real system. The "numerical potential energy surface" is used to replace the traditional analytic potential function, and the Prandtl-Tomlinson model is combined. The friction behavior of a real two-dimensional material system with complex shape potential energy surface is quantitatively solved. Based on this method, the phenomenon of double-period "stick-slip" friction of graphene Moire grain superlattice structure observed in atomic force microscope is revealed, and the phenomenon of ultra-low friction between layers of two-dimensional heterostructure is predicted theoretically, compared with that of homogeneous material. The static friction force and sliding friction force decrease by an order of magnitude. It is found that both the fluctuation of potential energy surface and the stiffness of driving spring will affect the relative sliding path between layers, and then affect the friction behavior between layers. The method can also be extended to other interface friction systems dominated by van der Waals action.
【作者單位】： 清華大學摩擦學國家重點實驗室;南京航空航天大學航天學院仿生結(jié)構(gòu)與材料防護研究所;北京科技大學腐蝕與防護中心;
【基金】：國家自然科學基金(批準號:51422504,51505217,51527901)資助的課題~~
【分類號】：O482.1

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本文編號：2291696