Langmuir-Blodgett膜摩擦分子动力学模拟和机理研究

张兆慧; 韩  奎; 李海鹏; 唐  刚; 吴玉喜; 王洪涛; 白  磊

doi:10.7498/aps.57.3160

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Langmuir-Blodgett膜摩擦分子动力学模拟和机理研究

张兆慧 , 韩奎 , 李海鹏 , 唐刚 , 吴玉喜 , 王洪涛 , 白磊

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Langmuir-Blodgett膜摩擦分子动力学模拟和机理研究

张兆慧, 韩奎, 李海鹏, 唐刚, 吴玉喜, 王洪涛, 白磊

物理学报, 2008, 57(5): 3160-3165.

doi: 10.7498/aps.57.3160

Study of friction between hydrocarboxylic acid Langmuir-Blodgett films and its mechanism using molecular dynamics simulation

Zhang Zhao-Hui, Han Kui, Li Hai-Peng, Tang Gang, Wu Yu-Xi, Wang Hong-Tao, Bai Lei

Acta Phys. Sin., 2008, 57(5): 3160-3165.

doi: 10.7498/aps.57.3160

摘要
采用分子动力学方法，模拟了在两块石英基板上由脂肪酸(C15H31COOH)组成的单层Langmuir-Blodgett (LB)膜间的摩擦特性，探究了超薄膜在滑动过程中的摩擦和结构机理.得出对于单层LB膜在滑动过程中，在速度小于60m/s时，随着速度的增大，其剪切压增大；在速度大于60 m/s时，剪切压随速度的增加而减小.其链的倾斜角随着滑动速度的增加而减小.单层膜内的分子之间以氢键方式形成了较大的分子簇，由此导致了剪切压呈现较长的周期性，但在单层膜之间无氢键形

关键词:
分子动力学模拟 /

朗缪尔布洛杰特膜 /

纳米摩擦 /

氢键
Abstract
Molecular dynamics simulation has been used to study the friction and structure mechanism of Langmuir-Blodgett films of hydrocarboxylic acid (C15H31COOH) deposited on the SiO2 substrates at different sliding velocities. The results show that, for a certain monolayer, the shear pressure between the monolayers increases when the sliding speed is below 60m/s and decreases when the sliding speed exceeds 60m/s. The molecular tilt angle decreases as the velocity increases. The molecular clusters formed in the monolayers by the hydrogen-bond caused the long shear periods, but there is no hydrogen-bond between the monolayers.

Keywords:
molecular dynamic simulation /

Langmuir-Blodgett films /

nano-tribology /

hydrogen bond
作者及机构信息
张兆慧,

韩奎,

李海鹏,

唐刚,

吴玉喜,

王洪涛,

白磊

1.
中国矿业大学理学院，徐州 221008

基金项目: 国家自然科学基金(批准号：10674177)和中国矿业大学科技基金(批准号：2006B025)资助的课题.
Authors and contacts
Zhang Zhao-Hui,

Han Kui,

Li Hai-Peng,

Tang Gang,

Wu Yu-Xi,

Wang Hong-Tao,

Bai Lei

1.
中国矿业大学理学院，徐州 221008
参考文献

施引文献

[1]	刘青阳, 徐青松, 李瑞. 氮掺杂对石墨烯摩擦学特性影响的分子动力学模拟. 物理学报, 2022, 71(14): 146801. doi: 10.7498/aps.71.20212309
[2]	韦国翠, 田泽安. 不同尺寸Cu₆₄Zr₃₆纳米液滴的快速凝固过程分子动力学模拟. 物理学报, 2021, 70(24): 246401. doi: 10.7498/aps.70.20211235
[3]	潘伶, 张昊, 林国斌. 纳米液滴撞击柱状固体表面动态行为的分子动力学模拟. 物理学报, 2021, 70(13): 134704. doi: 10.7498/aps.70.20210094
[4]	段铜川, 闫韶健, 赵妍, 孙庭钰, 李阳梅, 朱智. 水的氢键网络动力学与其太赫兹频谱的关系. 物理学报, 2021, 70(24): 248702. doi: 10.7498/aps.70.20211731
[5]	张兆慧, 于晓东, 李海鹏, 韩奎. 烷烃链长对直链烷烃液体膜摩擦性质的影响. 物理学报, 2019, 68(22): 228101. doi: 10.7498/aps.68.20190740
[6]	李瑞, 密俊霞. 界面接枝羟基对碳纳米管运动和摩擦行为影响的分子动力学模拟. 物理学报, 2017, 66(4): 046101. doi: 10.7498/aps.66.046101
[7]	司丽娜, 王晓力. 纳米沟槽表面黏着接触过程的分子动力学模拟研究. 物理学报, 2014, 63(23): 234601. doi: 10.7498/aps.63.234601
[8]	苏锦芳, 宋海洋, 安敏荣. 金纳米管力学性能的分子动力学模拟. 物理学报, 2013, 62(6): 063103. doi: 10.7498/aps.62.063103
[9]	李明林, 林凡, 陈越. 碳纳米锥力学特性的分子动力学研究. 物理学报, 2013, 62(1): 016102. doi: 10.7498/aps.62.016102
[10]	孙伟峰, 王暄. 聚酰亚胺/铜纳米颗粒复合物的分子动力学模拟研究. 物理学报, 2013, 62(18): 186202. doi: 10.7498/aps.62.186202
[11]	陈青, 孙民华. 分子动力学模拟尺寸对纳米Cu颗粒等温晶化过程的影响. 物理学报, 2013, 62(3): 036101. doi: 10.7498/aps.62.036101
[12]	张兆慧, 李海鹏, 韩奎. 纳米摩擦中极性有机分子超薄膜的结构、对称性及能量机理. 物理学报, 2013, 62(15): 158701. doi: 10.7498/aps.62.158701
[13]	夏冬, 王新强. 超细Pt纳米线结构和熔化行为的分子动力学模拟研究. 物理学报, 2012, 61(13): 130510. doi: 10.7498/aps.61.130510
[14]	张兆慧, 韩奎, 曹娟, 王帆, 杨丽娟. 有机分子超薄膜的结构对摩擦的影响. 物理学报, 2012, 61(2): 028701. doi: 10.7498/aps.61.028701
[15]	陈明, 闵锐, 周俊明, 胡浩, 林波, 缪灵, 江建军. 碳纳米胶囊中水分子的分子动力学研究. 物理学报, 2010, 59(7): 5148-5153. doi: 10.7498/aps.59.5148
[16]	谢芳, 朱亚波, 张兆慧, 张林. 碳纳米管振荡的分子动力学模拟. 物理学报, 2008, 57(9): 5833-5837. doi: 10.7498/aps.57.5833
[17]	金年庆, 滕玉永, 顾斌, 曾祥华. 稀有气体原子注入缺陷性纳米碳管的分子动力学模拟. 物理学报, 2007, 56(3): 1494-1498. doi: 10.7498/aps.56.1494
[18]	孟利军, 张凯旺, 钟建新. 硅纳米颗粒在碳纳米管表面生长的分子动力学模拟. 物理学报, 2007, 56(2): 1009-1013. doi: 10.7498/aps.56.1009
[19]	李瑞, 胡元中, 王慧, 张宇军. 单壁碳纳米管在石墨基底上运动的分子动力学模拟. 物理学报, 2006, 55(10): 5455-5459. doi: 10.7498/aps.55.5455
[20]	李欣, 胡元中, 王慧. 磁盘润滑膜全氟聚醚的分子动力学模拟研究. 物理学报, 2005, 54(8): 3787-3792. doi: 10.7498/aps.54.3787

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物理学报. 2008, 57(5): 3160-3165.

doi: 10.7498/aps.57.3160.

Langmuir-Blodgett膜摩擦分子动力学模拟和机理研究

1. 中国矿业大学理学院，徐州 221008

基金项目: 国家自然科学基金(批准号：10674177)和中国矿业大学科技基金(批准号：2006B025)资助的课题.

收稿日期: 2007-04-27
修回日期: 2007-10-08
刊出日期: 2008-05-27

摘要: 采用分子动力学方法，模拟了在两块石英基板上由脂肪酸(C15H31COOH)组成的单层Langmuir-Blodgett (LB)膜间的摩擦特性，探究了超薄膜在滑动过程中的摩擦和结构机理.得出对于单层LB膜在滑动过程中，在速度小于60m/s时，随着速度的增大，其剪切压增大；在速度大于60 m/s时，剪切压随速度的增加而减小.其链的倾斜角随着滑动速度的增加而减小.单层膜内的分子之间以氢键方式形成了较大的分子簇，由此导致了剪切压呈现较长的周期性，但在单层膜之间无氢键形

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