使用石墨烯納米條帶探索納米尺度的摩擦.pdf

1、石墨烯是目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的最簡單的二維材料。因集優(yōu)異的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、化學(xué)性、力學(xué)性能等特質(zhì)于一身，受到了科學(xué)界和工業(yè)界廣泛的關(guān)注。本文主要以石墨烯納米條帶(graphene nanoribbons，GNRS)與石墨烯基底之間的相互作用為研究對象，運(yùn)用分子動力學(xué)模擬方法來探索納米尺度下摩擦所具有的特性。本文的研究結(jié)果可為納米器件與納米復(fù)合結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與工業(yè)生產(chǎn)提供有意義的參考。
　　本文首先研究了低溫下不同幾何尺寸的GNRs在上下平整的

2、雙層基底間拖動的過程，發(fā)現(xiàn)GNRs的摩擦力取決于頭部寬度。然后模擬了常溫下單層GNRs在平整單層基底上的拖動，發(fā)現(xiàn)摩擦力能較好地與一些實(shí)驗(yàn)相符。其次研究GNRs置于不同波形的單層基底上的拖動過程，發(fā)現(xiàn)在拖動過程中產(chǎn)生的摩擦力隨粗糙度的變化呈現(xiàn)驚人的兩相性，先隨粗糙度增加而增加，再隨粗糙度增加而減少，該結(jié)果是傳統(tǒng)的摩擦理論不能解釋的。并運(yùn)用不同的理論模型對模擬結(jié)果進(jìn)行了分析。
　　本文還研究了中層為GNRs，上下層為理想剛性的波形石

3、墨烯基底組成的三層結(jié)構(gòu)。模擬發(fā)現(xiàn)在拖動過程中GNRs的摩擦力和碳納米管的摩擦力之間具有相似性。本文還考慮了由上下兩層石墨烯基底和中間多層GNRs組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，并在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生波形。模擬發(fā)現(xiàn)初始摩擦力雖小，卻會逐漸上升到很高的數(shù)值。理論分析表明這可能是由于GNRs上產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力在增加。最大摩擦力隨粗糙度的變化呈現(xiàn)異常，隨粗糙度增加而減小。此外，我們還模擬了GNRs在單層石墨烯基底上的擺動與遷移，得到了周期性擺動、轉(zhuǎn)向等有意思的結(jié)果，這些現(xiàn)