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氢化石墨烯对类金刚石薄膜的润滑机理研究

氢化石墨烯,润滑性能,类金刚石薄膜,分子动力学

摩擦磨损与润滑是表面工程学科的重要分支之一。石墨烯超高的力学性能确保了其在现代纳米润滑领域中呈现出巨大的应用潜能，而化学修饰石墨烯中的碳原子可实现对石墨烯润滑性能的精准定向调控。本文构建了金刚石针尖在氢化石墨烯涂层的类金刚石薄膜基底表面相对滑移的分子模型，使用分子动力学模拟方法研究了化学修饰对石墨烯润滑行为的影响。模拟结果显示，石墨烯或氢化石墨烯涂覆基底的摩擦力相比于裸露基底，其力值均发生了一个数量级的下降，表明石墨烯在化学修饰后仍能保持原有优异的润滑性能。此外，摩擦力依赖于石墨烯的氢化程度和摩擦过程中针尖施加的法向载荷，改变氢化程度和法向载荷均能影响氢化石墨烯的润滑性能。最后，系统地探讨了氢化石墨烯对类金刚石薄膜的减摩机理，并建立氢化石墨烯的润滑行为与其力学和吸附性能之间的联系。通过分析针尖的纳米压入和缩回过程中沿面外方向上的压痕力随压痕深度的变化，发现氢化石墨烯的涂覆增加了类金刚石薄膜的面外刚度且减弱了接触界面的相互吸附能，进而导致针尖在运动过程中受到更小的滑移阻力。这项研究加深了对石墨烯在真实润滑条件下润滑机理的理解，可促进碳基低维材料的润滑应用。