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磁盘润滑膜全氟聚醚的分子动力学模拟研究

物理学报 2005年第8期54卷 3787-3792页

作者：李欣胡元中王慧清华大学摩擦学国家重点实验室北京100084

纳米润滑膜全氟聚醚(perfluoropolyether,简称PFPE)在固体表面的结构和迁移特性对于计算机磁盘磁头驱动系统的可靠性具有重要的作用.采用基于粗粒珠簧模型的分子动力学模拟方法,考察了不同壁面和端基极性对于PFPE膜静态特性(如分子构型... 详细信息

纳米润滑膜全氟聚醚(perfluoropolyether,简称PFPE)在固体表面的结构和迁移特性对于计算机磁盘磁头驱动系统的可靠性具有重要的作用.采用基于粗粒珠簧模型的分子动力学模拟方法,考察了不同壁面和端基极性对于PFPE膜静态特性(如分子构型、单体密度分布、端基密度分布)以及动态特性(如自扩散系数)的影响.静态特性的模拟结果表明,非极性PFPE膜在壁面附近具有单层厚度为一个单体直径的层状结构,而极性PFPE膜则具有复杂的层状结构.动态特性的模拟结果表明,PFPE膜的扩散能力因壁面作用而增强并因端基极性作用而减弱.

关键词：分子动力学全氟聚醚润滑膜模拟研究静态特性密度分布模拟结果动态特性层状结构计算机磁盘自扩散系数 PE膜模拟方法驱动系统迁移特性固体表面分子构型扩散能力 PF 可靠性端基壁面非极性单体粗粒

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润滑接触中弹性变形的快速数值计算

摩擦学学报 2002年第5期22卷 390-394页

作者：王文中王慧胡元中清华大学摩擦学国家重点实验室北京100084

研究了弹性变形的计算特点 ,并在简单回顾卷积算法的基础上给出了一种利用快速傅立叶变换 (FFT)和离散圆卷积计算弹性变形的方法 .计算表明 ,通过对压力信号和影响系数 -响应函数 (Green函数 )进行简单的预处理 ,可以获得准确的弹性变... 详细信息

研究了弹性变形的计算特点 ,并在简单回顾卷积算法的基础上给出了一种利用快速傅立叶变换 (FFT)和离散圆卷积计算弹性变形的方法 .计算表明 ,通过对压力信号和影响系数 -响应函数 (Green函数 )进行简单的预处理 ,可以获得准确的弹性变形 ,其计算精度和多层网格积分法相当 ,而计算速度则是多层网格积分法的 3倍左右 ,是一种准确。

关键词：润滑接触数值计算影响系数弹性变形 FFT 多层网络积分法离散圆卷积

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氨基表面自组装膜成膜及摩擦性能研究

润滑与密封 2006年第7期31卷 28-30页

作者：彭倚天胡元中王慧清华大学摩擦学国家重点实验室北京100084

运用原子力显微镜与接触角测量仪研究了3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)自组装膜不同成膜时间的表面形貌平均粗糙度、接触角,并进行了XPS(X射线光电子能谱)元素分析,表明APTES自组装膜以“岛”状生长,随着反应的时间的延长,岛的数量急剧增... 详细信息

运用原子力显微镜与接触角测量仪研究了3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)自组装膜不同成膜时间的表面形貌平均粗糙度、接触角,并进行了XPS(X射线光电子能谱)元素分析,表明APTES自组装膜以“岛”状生长,随着反应的时间的延长,岛的数量急剧增加,形成平整光滑的膜,进一步延长成膜时间,可能形成多层膜,从而平均粗糙度先增大再减小然后再增大,表面性质一直变化不大。微摩擦磨损实验研究表明,APTES自组装膜大大降低镀Cr钢球与硅片之间的摩擦因数,摩擦因数从0.71左右降低到0.16左右,在分子级润滑中有广阔的应用前景。

关键词：自组装膜(SAMs) 薄膜表征接触角摩擦

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超薄润滑膜界面滑移现象的分子动力学研究

清华大学学报（自然科学版） 2000年第4期40卷 107-110页

作者：王慧胡元中郭炎清华大学精密仪器与机械学系摩擦学国家重点实验室北京100084

为研究超薄润滑膜的流变和滑移特性 ,采用了分子动力学模拟方法。模拟系统由 2个固体壁面和介于壁面间的润滑剂分子构成 ,分子模型为正癸烷。结果表明 :薄膜中粒子密度沿膜厚方向呈周期性变化 ,存在某种有序结构 ;薄膜中润滑剂分子的平... 详细信息

为研究超薄润滑膜的流变和滑移特性 ,采用了分子动力学模拟方法。模拟系统由 2个固体壁面和介于壁面间的润滑剂分子构成 ,分子模型为正癸烷。结果表明 :薄膜中粒子密度沿膜厚方向呈周期性变化 ,存在某种有序结构 ;薄膜中润滑剂分子的平均速度仍大体呈线性分布 ,但在固液界面和液体层间可以观察到滑移现象 ;壁面滑移率随着剪切率的增加而上升 ,并在高剪切率区迅速增大 ;分子级薄膜中一个重要现象是滑移可能在较低的剪切率下发生 ;薄膜中润滑剂经历着向固态转化的相变过程。

关键词：薄膜流变学分子动力学界面滑移薄膜润滑

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超薄膜润滑的分子动力学模拟

清华大学学报（自然科学版） 1999年第4期39卷 38-41页

作者：邹鲲胡元中温诗铸清华大学精密仪器与机械学系

超薄膜（膜厚趋于分子量级）的摩擦特性与宏观流体膜有很大的不同，与超薄膜的微观结构有密切的关系。本文应用可以同时模拟超薄膜宏观和微观特性的分子动力学模拟（ＭＤＳ）方法，研究了超薄膜的微观结构与摩擦学特性间的关系，发现了... 详细信息

超薄膜（膜厚趋于分子量级）的摩擦特性与宏观流体膜有很大的不同，与超薄膜的微观结构有密切的关系。本文应用可以同时模拟超薄膜宏观和微观特性的分子动力学模拟（ＭＤＳ）方法，研究了超薄膜的微观结构与摩擦学特性间的关系，发现了平行于壁面的层状类固态结构；固液作用强度及膜厚大小对类固态结构有着明显的影响；超薄膜的极限膜厚由类固态与液相的比例决定。这种微观结构的相变改变了超薄膜的摩擦学特性。模拟中还发现了剪切诱导的微观构型。

关键词：超薄膜润滑微观结构润滑分子动力学模拟

基于原子运动模型的类金刚石薄膜生长机理研究

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物理学报 2007年第1期56卷 480-486页

作者：马天宝胡元中王慧清华大学摩擦学国家重点实验室北京100084

利用分子动力学模拟方法,从原子尺度上研究了类金刚石(DLC)薄膜生长过程.按照运动特点把入射原子在表面的行为分为表面冷冻、迁移、注入和反弹等四种,并由此提出原子运动模型.入射原子的表面行为对DLC薄膜的微观结构以及生长方式有重要... 详细信息

利用分子动力学模拟方法,从原子尺度上研究了类金刚石(DLC)薄膜生长过程.按照运动特点把入射原子在表面的行为分为表面冷冻、迁移、注入和反弹等四种,并由此提出原子运动模型.入射原子的表面行为对DLC薄膜的微观结构以及生长方式有重要影响.其中原子水平迁移是薄膜热弛豫的主要途径,入射原子的注入和迁移行为相互竞争,决定了薄膜生长的模式和最终结构.利用统计分析手段给出了入射能量对原子表面行为进而对薄膜结构的影响,加深了对DLC薄膜生长机理的认识.

关键词： DLC膜分子动力学模拟

碳纳米管与石墨基底间摩擦耗散的分子动力学模拟研究

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摩擦学学报 2008年第5期28卷 400-405页

作者：李瑞胡元中王慧清华大学摩擦学国家重点实验室北京100084

采用分子动力学模拟方法研究了公度、不公度2种情况下碳纳米管在石墨基底上运动的摩擦机制与能量耗散,计算中先使碳纳米管在石墨基底上弛豫平衡,而后施加持续500 fs的固定外力,撤去外力后碳纳米管在基底上减速至相对基底静止.结果表明:... 详细信息

采用分子动力学模拟方法研究了公度、不公度2种情况下碳纳米管在石墨基底上运动的摩擦机制与能量耗散,计算中先使碳纳米管在石墨基底上弛豫平衡,而后施加持续500 fs的固定外力,撤去外力后碳纳米管在基底上减速至相对基底静止.结果表明:在公度条件下,碳纳米管先在石墨基底上滑动,动能降低到一定值后出现翻转、滚动、滑动交替进行的现象.所受侧向力(即摩擦力)在滑动阶段呈现周期性变化,在开始滚动时摩擦力达到负向最大;在不公度条件下,碳纳米管在石墨基底上一直处于滑动状态,侧向力始终为负值;在公度情况下,侧向力对称性的破缺由碳纳米管底部原子与石墨基底原子间的法向趋近与分离引起,并由此而产生摩擦;碳纳米管与石墨基底原子间的相互作用为斥力-碰撞型,黏性摩擦造成了能量耗散.

关键词：碳纳米管分子动力学摩擦能量耗散

Si表面间水平碳纳米管束的分子动力学模拟研究

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物理学报 2011年第1期60卷 462-466页

作者：李瑞胡元中王慧北京科技大学机械工程学院北京100083 清华大学摩擦学国家重点实验室北京100084

本文采用分子动力学模拟方法研究了Si表面间单壁水平碳纳米管束SWCNT(10,10)的变形和摩擦特性.系统在弛豫平衡后,首先对碳纳米管束施加压力至碳纳米管或Si表面结构破坏.之后在无压力和高压力两种情况下使上表面沿水平方向做剪切运动以... 详细信息

本文采用分子动力学模拟方法研究了Si表面间单壁水平碳纳米管束SWCNT(10,10)的变形和摩擦特性.系统在弛豫平衡后,首先对碳纳米管束施加压力至碳纳米管或Si表面结构破坏.之后在无压力和高压力两种情况下使上表面沿水平方向做剪切运动以研究碳纳米管束的摩擦特性.结果表明,由于碳纳米管的柔韧性,碳纳米管束在加载过程中出现明显变形,但直至3.8GPa高压下并无结构破坏.系统无压力时SWCNT(10,10)在原地轻微随机滚动,压力为3.8GPa时,碳纳米管束出现了整体的轻微滑动,同时伴随无规律的轻微滚动,两种情况下系统均表现为低摩擦力.低摩擦的原因在于结构完整的碳纳米管表面无悬挂键,与Si表面间仅存在范德华力作用,因此无缺陷的碳纳米管可望作为性能优异的润滑剂或润滑添加剂.

关键词：碳纳米管束摩擦分子动力学模拟

超薄类金刚石膜生长和结构特性的分子动力学模拟

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物理学报 2006年第6期55卷 2922-2927页

作者：马天宝胡元中王慧清华大学摩擦学国家重点实验室北京100084

利用分子动力学模拟方法研究了2—3nm厚的类金刚石(DLC)薄膜在金刚石基体(100)表面上的生长过程.分析了用来表征沉积后无定型碳膜质量的重要结构特性,如sp3杂化比例、薄膜密度、径向分布函数等,计算结果和现有的实验结果基本一致.不同... 详细信息

利用分子动力学模拟方法研究了2—3nm厚的类金刚石(DLC)薄膜在金刚石基体(100)表面上的生长过程.分析了用来表征沉积后无定型碳膜质量的重要结构特性,如sp3杂化比例、薄膜密度、径向分布函数等,计算结果和现有的实验结果基本一致.不同入射原子能量对结构特性进而对薄膜性能有重要影响,入射原子能量在20—60eV时,薄膜可以获得最优性能.载能原子入射是生长均匀、连续、致密固体薄膜的前提,稳定的中间区域对于保证薄膜优良的力学性质是必需的.

关键词： DLC膜分子动力学模拟 sp^3杂化比例