基于耦合界面键合效应的石墨烯磨损研究

作     者：郑云飞 卢艳 

作者机构：武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室 武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室 武汉科技大学精密制造研究院 

出 版 物：《原子与分子物理学报》 (Journal of Atomic and Molecular Physics)

年 卷 期：2025年第6期

页      面：72-81页

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

基　　金：国家重点研发计划(2021YFB2011200) 

主　　题：石墨烯层 界面键 分子动力学 磨损破裂 

摘      要：石墨烯作为二维固体润滑材料，其超滑特性不仅是物理作用结果，其化学键结构机制下的摩擦化学现象，是深入理解石墨烯摩擦性能的关键.本文采用分子动力学(MD)方法构建了多重层数石墨烯增强不同粗糙形貌的金属基底模型，实现了其与金刚石尖端滑动过程的动态分析，揭示了考虑尖端与石墨烯之间存在界面键时石墨烯层的理化耦合作用下的磨损机理.研究结果表明：当考虑金刚石尖端与石墨烯之间化学键合时，石墨烯发生磨损破裂的临界载荷相对于不考虑界面化学键时的值减小，这是由于界面键的形成会剥离石墨烯导致石墨烯断裂所致；金属基底的粗糙度也是决定石墨烯发生磨损破裂时临界载荷的重要因素之一，当粗糙度增大，临界载荷减小，同时通过增加石墨烯层的层数(增韧)来提高石墨烯发生磨损破裂失效的临界载荷.