石墨烯的摩擦力和刚度关系的分子动力学模拟 - 东南大学学报.pdfVIP

第４７卷第１期 东南大学学报（自然科 学版 ） Ｖｏｌ．４７ Ｎｏ．１ 　 ２０１７年１月 ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＳＯＵＴＨＥＡＳＴＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ） 　 Ｊａｎ．２０１７ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－０５０５．２０１７．０１．００６ 石墨烯的摩擦力和刚度关系的分子动力学模拟 １，２，３ １，３ １，３ １，３ １，３ 董　 　刘晨晗 　段早琦 　ＧｕｅｙｅＢｉｒａｈｉｍａ 　陶　毅 １，３ １，３ 张　艳 　陈云飞 １ （东南大学机械工程学院，南京２１１１８９） ２ （兰州理工大学机电工程学院，兰州７３００５０） ３ （东南大学江苏省微纳生物医疗器械设计与制造重点实验室，南京２１１１８９） 摘要：采用分子动力学方法建立了基底支撑的多层石墨烯摩擦力模型，统计了不同层数石墨烯 在法向载荷作用下的摩擦系数，确立了摩擦力随层数的变化关系；通过针尖吸附薄片所受的范德 华力和石墨烯法向变形能与摩擦力的对应关系，得出了法向变形能和界面褶皱势是导致摩擦产 生的直接原因，定量分析了界面势垒高度与法向刚度对摩擦力的贡献．结果表明：在不同载荷作 用下，３层石墨烯的摩擦系数比１层的摩擦系数高３６％、比２层的摩擦系数高４０％，１～３层石墨 烯的摩擦力均大于范德华力，且随着层数的增加摩擦力与范德华力差值增大；石墨烯层间以刚度 串联方式连接，当法向载荷恒定时，３层石墨烯的法向变形能约为２层的１．５倍、１层的３倍，每 层石墨烯的变形能对摩擦力的贡献相同，石墨烯摩擦力的产生是层间法向刚度与界面褶皱势刚 度共同竞争作用的结果． 关键词：分子动力学模拟；石墨烯；势垒高度；法向刚度 中图分类号：Ｏ４８４．２　　文献标志码：Ａ　　文章编号：１００１－０５０５（２０１７）０１００２８０５ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒｄｙｎａｍｉｃｓｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｏｆｓｔｉｆｆｎｅｓｓｄｅｐｅｎｄｅｎｔｆｒｉｃｔｉｏｎｏｆｇｒａｐｈｅｎｅ １，２，３ １，３ １，３ １，３ ＤｏｎｇＹｕｎ 　ＬｉｕＣｈｅｎｈａｎ 　ＤｕａｎＺａｏｑｉ　ＧｕｅｙｅＢｉｒａｈｉｍａ １，３ １，３ １，３ ＴａｏＹｉ　ＺｈａｎｇＹａｎ 　ＣｈｅｎＹｕｎｆｅｉ １ （ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１１１８９，Ｃｈｉｎａ） ２ （ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＬａｎｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｌａｎｚｈｏｕ７３００５０，Ｃｈｉｎａ） ３ （ＪｉａｎｇｓｕＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｆｏｒＤｅｓｉｇｎａｎｄＭａｎｕｆａｃｔｕｒｅｏｆＭｉｃｒｏＮａｎｏＢｉｏｍｅｄｉｃａｌＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，ＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１１１８９，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄｏｎｍｏｌｅｃｕｌａｒｄｙｎａｍｉｃｓｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ，ａｓｕｐｐｏｒｔｅｄｍｕｌｔｉｌａｙｅ