287 / 2021-04-24 10:11:15

基于摩尔图案调控二维材料层间超润滑特征

超润滑,摩尔图案,分子动力学

摩擦是造成能源浪费的与零件失效的主要方式，广泛存在于我们生活的各个尺度中。如果能实现摩擦力接近0或极低摩擦系数（<0.001），则对国民经济和社会的可持续发展具有重要意义^[1]。超润滑的核心原理是晶格错配，通过晶格错配实现滑移面从公度到非公度的转变，进而实现横向力的大幅降低。与此同时，晶格错配也将产生丰富的摩尔图案，通过定量分析表征二维材料界面中形成的丰富摩尔图案，例如旋转角、应变及尺寸等，实现从原子尺度调控摩擦力与摩擦系数的目的^[2]。基于错配模型与统计物理学的思想，本文构建了一种简单有效的几何模型（MISM），在原子尺度成功重构了不同二维材料界面间的摩尔图案，提出了实现超润滑的摩尔准则。通过分子动力学模拟，以双层石墨烯为典型代表，系统研究了旋转角度与滑片尺寸对摩擦系数的影响，将两者与摩尔图案相关联，建立了摩擦系数的相图，并于MISM理论模型高度吻合。该方法适用于h-BN,MoS₂等常见的固体润滑材料，并且成功推广于层状材料与非层状材料界面。基于该方法，我们已成功在黑磷/蓝磷异质界面中发现了不同形状的摩尔图案，并初步研究了其与超润滑的关系。