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石墨烯层间纳米摩擦性质的第一性原理研究

王建军 王飞 原鹏飞 孙强 贾瑜

石墨烯层间纳米摩擦性质的第一性原理研究

王建军, 王飞, 原鹏飞, 孙强, 贾瑜
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  • 基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究了纳米尺度下石墨烯层间摩擦现象, 探讨了对称和非对称两种情况下双层石墨烯层间沿不同方向的摩擦性质. 研究发现对于对称的双层石墨烯, 层间摩擦沿不同方向同性; 摩擦因数依赖于正压力, 随正压力增大, 摩擦因数的变化曲线分为三个阶段, 在较小以及较大压力下, 摩擦因数遵循Amonton法则不随压力变化而变化; 而在中间36 nN阶段, 摩擦因数随压力增加线性增加. 整个研究压力范围内摩擦因数在0.050.25之间. 对于非对称性双层石墨烯层间摩擦, 不同压力下摩擦因数在0.006上下波动, 摩擦因数较两层对称性石墨烯大大降低. 上述研究结果与实验一致.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 10974182)和河南省自然科学基金(批准号: 112300410149)资助的课题.
    [1]

    Binnig G, Rohrer H, Gerber C, Weibel E 1982 Phys. Rev. Lett. 49 57

    [2]

    Binnig G, Quate C F, Gerber C 1986 Phys. Rev. Lett. 56 930

    [3]

    Mate C M, McClelland G M, Erlandsson R, Chiang S 1987 Phys. Rev. Lett. 59 1942

    [4]

    Tomlinson G A 1929 Philos. Mag. 7 905

    [5]

    Weiss M, Elmer F 1996 Phys. Rev. B 53 7539

    [6]

    Zhong W, Tom醤ek D 1990 Phys. Rev. Lett. 64 3054

    [7]

    Overney G, Zhong W, Tom醤ek D 1991 J. Vac. Sci. Technol. B 9 479

    [8]

    Tom醤ek D, Zhong W, Thomas H 1991 Europhys. Lett. 15 887

    [9]

    Ni B, Sinnott S B 2001 Surf. Sci. 487 87

    [10]

    Ni B, Sinnott S B, Mikulski P T, Harrison J A 2002 Phys. Rev. Lett. 88 205505

    [11]

    Servantie J, Gaspard P 2003 Phys. Rev. Lett. 91 185503

    [12]

    Bonelli F, Manini N, Cadelano E, Colombo L 2009 Eur. Phys. J. B 70 449

    [13]

    Guo Y, Guo W, Chen C 2007 Phys. Rev. B 76 155429

    [14]

    Verhoeven G S, Dienwiebel M, Frenken J W M 2004 Phys. Rev. B 70 165418

    [15]

    Neitola R, Ruuska H, Pakkanen T A 2005 J. Phys. Chem. B 109 10348

    [16]

    Matsuzawa N N, Kishii N 1997 J. Phys. Chem. A 101 10045

    [17]

    Kohn W, Sham L J 1965 Phys. Rev. 137 A1697

    [18]

    Kohn W, Sham L J 1965 Phys. Rev. 140 A1133

    [19]

    Kresse G, Furthm黮er J 1996 Phys. Rev. B 54 11169

    [20]

    Ceperley D M, Alder B J 1980 Phys. Rev. Lett. 45 566

    [21]

    Trickey S B, M黮ler-Plathe F, Diercksen G H F, Boettger J C 1992 Phys. Rev. B 45 4460

    [22]

    Ooi N, Rairkar A, Adams J B 2006 Carbon 44 231

    [23]

    Girifalco L A, Hodak M 2002 Phys. Rev. B 65 125404

    [24]

    Vanderbilt D 1990 Phys. Rev. B 41 7892

    [25]

    Monkhorst H J, Pack J D 1976 Phys. Rev. B 13 5188

    [26]

    McKie D, McKie C 1986 Essentials of Crystallography (Oxford: Oxford Press) pp6-8

    [27]

    Ruan J, Bhushan B 1994 J. Appl. Phys. 76 8117

    [28]

    Sugishita J, Fujiyoshi S 1981 Wear 68 7

    [29]

    Zaidi H, Csapo E, Nery H, Paulmier D, Mathia T 1993 Surf. Coat. Technol. 62 388

    [30]

    Matsushita K, Matsukawa H, Sasaki N 2005 Solid State Commun. 136 51

    [31]

    Zaidi H, Paulmier D, Jeanmaire A, Nery H 1991 Surf. Sci. 251 778

    [32]

    M黶er M H, Wenning L, Robbins M O 2001 Phys. Rev. Lett. 86 1295

    [33]

    Maier S, Pfeiffer O, Glatzel T, Meyer E, Filleter T, Bennewitz R 2007 Phys. Rev. B 75 195408

    [34]

    Maier S, Gnecco E, Baratoff A, Bennewitz R, Meyer E 2008 Phys. Rev. B 78 045432

  • [1]

    Binnig G, Rohrer H, Gerber C, Weibel E 1982 Phys. Rev. Lett. 49 57

    [2]

    Binnig G, Quate C F, Gerber C 1986 Phys. Rev. Lett. 56 930

    [3]

    Mate C M, McClelland G M, Erlandsson R, Chiang S 1987 Phys. Rev. Lett. 59 1942

    [4]

    Tomlinson G A 1929 Philos. Mag. 7 905

    [5]

    Weiss M, Elmer F 1996 Phys. Rev. B 53 7539

    [6]

    Zhong W, Tom醤ek D 1990 Phys. Rev. Lett. 64 3054

    [7]

    Overney G, Zhong W, Tom醤ek D 1991 J. Vac. Sci. Technol. B 9 479

    [8]

    Tom醤ek D, Zhong W, Thomas H 1991 Europhys. Lett. 15 887

    [9]

    Ni B, Sinnott S B 2001 Surf. Sci. 487 87

    [10]

    Ni B, Sinnott S B, Mikulski P T, Harrison J A 2002 Phys. Rev. Lett. 88 205505

    [11]

    Servantie J, Gaspard P 2003 Phys. Rev. Lett. 91 185503

    [12]

    Bonelli F, Manini N, Cadelano E, Colombo L 2009 Eur. Phys. J. B 70 449

    [13]

    Guo Y, Guo W, Chen C 2007 Phys. Rev. B 76 155429

    [14]

    Verhoeven G S, Dienwiebel M, Frenken J W M 2004 Phys. Rev. B 70 165418

    [15]

    Neitola R, Ruuska H, Pakkanen T A 2005 J. Phys. Chem. B 109 10348

    [16]

    Matsuzawa N N, Kishii N 1997 J. Phys. Chem. A 101 10045

    [17]

    Kohn W, Sham L J 1965 Phys. Rev. 137 A1697

    [18]

    Kohn W, Sham L J 1965 Phys. Rev. 140 A1133

    [19]

    Kresse G, Furthm黮er J 1996 Phys. Rev. B 54 11169

    [20]

    Ceperley D M, Alder B J 1980 Phys. Rev. Lett. 45 566

    [21]

    Trickey S B, M黮ler-Plathe F, Diercksen G H F, Boettger J C 1992 Phys. Rev. B 45 4460

    [22]

    Ooi N, Rairkar A, Adams J B 2006 Carbon 44 231

    [23]

    Girifalco L A, Hodak M 2002 Phys. Rev. B 65 125404

    [24]

    Vanderbilt D 1990 Phys. Rev. B 41 7892

    [25]

    Monkhorst H J, Pack J D 1976 Phys. Rev. B 13 5188

    [26]

    McKie D, McKie C 1986 Essentials of Crystallography (Oxford: Oxford Press) pp6-8

    [27]

    Ruan J, Bhushan B 1994 J. Appl. Phys. 76 8117

    [28]

    Sugishita J, Fujiyoshi S 1981 Wear 68 7

    [29]

    Zaidi H, Csapo E, Nery H, Paulmier D, Mathia T 1993 Surf. Coat. Technol. 62 388

    [30]

    Matsushita K, Matsukawa H, Sasaki N 2005 Solid State Commun. 136 51

    [31]

    Zaidi H, Paulmier D, Jeanmaire A, Nery H 1991 Surf. Sci. 251 778

    [32]

    M黶er M H, Wenning L, Robbins M O 2001 Phys. Rev. Lett. 86 1295

    [33]

    Maier S, Pfeiffer O, Glatzel T, Meyer E, Filleter T, Bennewitz R 2007 Phys. Rev. B 75 195408

    [34]

    Maier S, Gnecco E, Baratoff A, Bennewitz R, Meyer E 2008 Phys. Rev. B 78 045432

  • [1] 张玉响, 彭倚天, 郎浩杰. 基于原子力显微镜的石墨烯表面图案化摩擦调控. 物理学报, 2020, 69(10): 106801. doi: 10.7498/aps.69.20200124
    [2] 崔树稳, 李璐, 魏连甲, 钱萍. 双层石墨烯层间限域CO氧化反应的密度泛函研究. 物理学报, 2019, 68(21): 218101. doi: 10.7498/aps.68.20190447
    [3] 邓剑锋, 李慧琴, 于帆, 梁齐. 机械剥离折叠石墨烯粘附与纳米摩擦性质. 物理学报, 2020, 69(7): 076802. doi: 10.7498/aps.69.20191825
    [4] 董赟, 段早琦, 陶毅, Gueye Birahima, 张艳, 陈云飞. 基底支撑刚度梯度变化对石墨烯层间摩擦力的影响. 物理学报, 2019, 68(1): 016801. doi: 10.7498/aps.68.20181905
    [5] 杨光敏, 徐强, 李冰, 张汉壮, 贺小光. 不同N掺杂构型石墨烯的量子电容研究. 物理学报, 2015, 64(12): 127301. doi: 10.7498/aps.64.127301
    [6] 崔焱, 夏蔡娟, 苏耀恒, 张博群, 陈爱民, 杨爱云, 张婷婷, 刘洋. 基于石墨烯电极的齐聚苯乙炔分子器件的整流特性. 物理学报, 2018, 67(11): 118501. doi: 10.7498/aps.67.20180088
    [7] 滕波涛, 蒋仕宇, 杨培芳, 胡娟梅, 吴锋民. Rh在单壁碳纳米管上吸附的密度泛函理论研究. 物理学报, 2009, 58(5): 3331-3337. doi: 10.7498/aps.58.3331
    [8] 王雅静, 李桂霞, 王治华, 宫立基, 王秀芳. Imogolite类纳米管直径单分散性密度泛函理论研究. 物理学报, 2016, 65(4): 048101. doi: 10.7498/aps.65.048101
    [9] 孙建平, 缪应蒙, 曹相春. 基于密度泛函理论研究掺杂Pd石墨烯吸附O2及CO . 物理学报, 2013, 62(3): 036301. doi: 10.7498/aps.62.036301
    [10] 栾晓玮, 孙建平, 王凡嵩, 韦慧兰, 胡艺凡. 锑烯吸附金属Li原子的密度泛函研究. 物理学报, 2019, 68(2): 026802. doi: 10.7498/aps.68.20181648
    [11] 陈勇, 李瑞. 纳米尺度硼烯与石墨烯的相互作用. 物理学报, 2019, 68(18): 186801. doi: 10.7498/aps.68.20190692
    [12] 徐莹莹, 阚玉和, 武洁, 陶委, 苏忠民. 并苯纳米环[6]CA及其衍生物的电子结构和光物理性质的密度泛函理论研究. 物理学报, 2013, 62(8): 083101. doi: 10.7498/aps.62.083101
    [13] 范冰冰, 王利娜, 温合静, 关莉, 王海龙, 张锐. 水分子链受限于单壁碳纳米管结构的密度泛函理论研究. 物理学报, 2011, 60(1): 012101. doi: 10.7498/aps.60.012101
    [14] 王天会, 李昂, 韩柏. 石墨炔/石墨烯异质结纳米共振隧穿晶体管第一原理研究. 物理学报, 2019, 68(18): 187102. doi: 10.7498/aps.68.20190859
    [15] 孙建平, 周科良, 梁晓东. B,P单掺杂和共掺杂石墨烯对O,O2,OH和OOH吸附特性的密度泛函研究. 物理学报, 2016, 65(1): 018201. doi: 10.7498/aps.65.018201
    [16] 张保磊, 王家序, 肖科, 李俊阳. 石墨烯-纳米探针相互作用有限元准静态计算. 物理学报, 2014, 63(15): 154601. doi: 10.7498/aps.63.154601
    [17] 盛世威, 李康, 孔繁敏, 岳庆炀, 庄华伟, 赵佳. 基于石墨烯纳米带的齿形表面等离激元滤波器的研究. 物理学报, 2015, 64(10): 108402. doi: 10.7498/aps.64.108402
    [18] 顾云风, 吴晓莉, 吴宏章. 三终端非对称夹角石墨烯纳米结的弹道热整流. 物理学报, 2016, 65(24): 248104. doi: 10.7498/aps.65.248104
    [19] 彭艳玲, 薛文瑞, 卫壮志, 李昌勇. 涂覆石墨烯的非对称并行电介质纳米线波导的模式特性分析. 物理学报, 2018, 67(3): 038102. doi: 10.7498/aps.67.20172016
    [20] 陈浩, 张晓霞, 王鸿, 姬月华. 基于磁激元效应的石墨烯-金属纳米结构近红外吸收研究. 物理学报, 2018, 67(11): 118101. doi: 10.7498/aps.67.20180196
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出版历程
  • 收稿日期:  2011-08-15
  • 修回日期:  2012-05-28
  • 刊出日期:  2012-05-05

石墨烯层间纳米摩擦性质的第一性原理研究

  • 1. 郑州大学物理工程学院, 郑州大学能源与量子结构中心, 郑州 450001
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 10974182)和河南省自然科学基金(批准号: 112300410149)资助的课题.

摘要: 基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究了纳米尺度下石墨烯层间摩擦现象, 探讨了对称和非对称两种情况下双层石墨烯层间沿不同方向的摩擦性质. 研究发现对于对称的双层石墨烯, 层间摩擦沿不同方向同性; 摩擦因数依赖于正压力, 随正压力增大, 摩擦因数的变化曲线分为三个阶段, 在较小以及较大压力下, 摩擦因数遵循Amonton法则不随压力变化而变化; 而在中间36 nN阶段, 摩擦因数随压力增加线性增加. 整个研究压力范围内摩擦因数在0.050.25之间. 对于非对称性双层石墨烯层间摩擦, 不同压力下摩擦因数在0.006上下波动, 摩擦因数较两层对称性石墨烯大大降低. 上述研究结果与实验一致.

English Abstract

参考文献 (34)

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