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不同层数氟化石墨烯表面的微观摩擦磨损性能研究

为避免运动副之间的摩擦和磨损，在接触界面引入润滑剂是减少能量损失和提高服役寿命的有效方法。近年来，石墨烯等二维材料因其在晶格层之间容易剪切在微纳机电系统（MEMS和NEMS）的固体润滑方面体现出巨大的应用前景。例如，单原子厚度的石墨烯薄膜就能够显著降低摩擦副之间的界面摩擦。氟化石墨烯（FG）是一种重要的石墨烯衍生物，自2010年首次报道以来，在润滑领域受到越来越多的关注。FG不仅保持了石墨烯优异的机械性能，而且表现出比其他功能化石墨烯更宽的带隙、更好的化学和热稳定性以及更低的表面能。在以前对FG纳米级摩擦性能的研究中，原子力显微镜（AFM）针尖与单层FG之间的摩擦力明显高于原始石墨烯，这归因于官能化导致的sp3杂化和显著增加的势能面起伏。宏观上，FG表现出比石墨烯更低的摩擦系数和更好的耐磨性，这是由于FG的化学活性高于石墨烯，能在对磨副上形成更稳定的摩擦膜和转移层。然而，FG在微纳尺度下摩擦过程中的磨损行为和作用机理尚不清楚，因此需要进一步研究。本文利用AFM对不同原子层数FG的微观磨损行为进行了研究，研究发现FG的耐磨性能随原子层数的增加而降低，其可能主要归因于FG的层间剪切强度降低以及缺陷密度增多。本研究初步揭示了FG的微观磨损机理，有助于理解FG的微观摩擦学性能，并对FG在MEMS和NEMS中用作固体润滑剂或水基、油基润滑添加剂提供指导作用。