第十四届全国表面工程大会

石墨烯嵌入式纳晶碳膜的低摩擦特性使其在微纳器件的应用上具有广泛前景。因此石墨烯纳晶结构在滑动中的动态结构演化过程及其对摩擦特性的作用机理研究对于促进应用具有重要的科学意义。为了更好的研究纳晶结构的动态变化过程，本研究基于分子动力学进行了石墨烯嵌入式纳晶碳膜的建模和刻划仿真。利用液体淬火法生成了高sp²含量的非晶碳膜，在水平和竖直方向上嵌入石墨烯纳晶并进行弛豫促使两者之间形成稳定的键连接，形成7.14nm×3.57nm×3.57nm石墨烯纳晶碳膜。对偶副选择非晶碳膜涂覆的硅探针，前端曲率半径为1.07nm，并施加恒定载荷（20~200nN）实现定载刻划。结果表明石墨烯嵌入纳晶碳膜具有较低的摩擦系数。非晶探针接触到水平石墨烯纳晶边缘时摩擦力开始下降，这是因为石墨烯弹性模量较高导致接触面积增大从而减小了接触应力；探针完全滑到石墨烯纳晶上时摩擦力达到最低，这是因为在剪切力的作用下石墨烯层间产生滑动；探针即将离开石墨烯纳晶摩擦力又开始上升直至针尖完全离开，在往复应力的作用下纳晶会被磨损，并导致低摩擦被打破。研究成果为阐明石墨烯嵌入纳晶碳膜低摩擦特性机理提供了科学指导。

石墨烯纳晶,碳膜,低摩擦,分子动力学