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基于滑动势能面的二维材料原子尺度摩擦行为的量化计算

史若宇 王林锋 高磊 宋爱生 刘艳敏 胡元中 马天宝

基于滑动势能面的二维材料原子尺度摩擦行为的量化计算

史若宇, 王林锋, 高磊, 宋爱生, 刘艳敏, 胡元中, 马天宝
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-06-04
  • 修回日期:  2017-07-11
  • 刊出日期:  2017-10-05

基于滑动势能面的二维材料原子尺度摩擦行为的量化计算

  • 1. 清华大学, 摩擦学国家重点实验室, 北京 100084;
  • 2. 南京航空航天大学航天学院仿生结构与材料防护研究所, 南京 210016;
  • 3. 北京科技大学腐蚀与防护中心, 北京 100083
  • 通信作者: 马天宝, mtb@mail.tsinghua.edu.cn
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:51422504,51505217,51527901)资助的课题.

摘要: 近年来,二维材料优异的摩擦特性成为人们关注的焦点,然而目前缺乏理论上对其摩擦力进行快速、有效、精确的计算预测方法.本文提出采用密度泛函理论计算真实体系的滑动势能面,利用得到的数值型势能面替代传统的解析势函数,并结合Prandtl-Tomlinson模型,量化求解具有复杂形状势能面的真实二维材料体系的摩擦行为.基于该方法,揭示了原子力显微镜实验中观察到的石墨烯Moir纹超晶格结构的双周期黏-滑摩擦现象;理论预测了二维材料异质结构的层间超低摩擦现象,相对于同质材料,其静摩擦力和滑动摩擦力均成数量级降低,发现势能面起伏和驱动弹簧刚度均会影响层间相对滑动路径,进而对层间的摩擦行为产生影响.该方法同样可拓展到其他van der Waals作用主导的界面摩擦体系.

English Abstract

参考文献 (23)

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