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原子尺度上的摩擦

J.Krim首先提出纳米摩擦学的概念,文章根据前人的研究  (本文共2页) 阅读全文>>

清华大学
清华大学

原子尺度摩擦能量耗散研究

自上世纪八十年代以来,摩擦学研究进入到一个崭新阶段。在实验方面,由于纳米技术的发展,扫描探针显微镜等仪器的出现,人们对于摩擦现象的研究已经深入到原子尺度;在理论方面,由于计算机技术的快速发展,大规模原子模拟成为可能,推动了微观摩擦机理的研究。本文采用理论计算与分子动力学模拟相结合的方法研究了原子尺度摩擦的动力学行为、能量耗散机理、晶格振动与声子耗散机制等内容,从而阐释了原子尺度摩擦的能量耗散过程。原子尺度摩擦从运动方式上来说可分为连续滑动和粘滑两种状态。动力学数学模型和分子动力学模拟的结果一致表明:多稳态是系统产生粘滑的直接原因。因此,影响多稳态的因素通常决定着原子尺度的摩擦行为。基于Prandtl-Tomlinson模型计算发现:滑动能垒、横向刚度是决定多稳态条件的重要因素。另外,阻尼系数对运动学行为也具有较大影响,具体表现为:高阻尼可以减少滑移后震荡时间,使系统迅速恢复到稳态。摩擦运动过程常常伴随着能量耗散,能量耗散是摩擦的...  (本文共79页) 本文目录 | 阅读全文>>

大连海事大学
大连海事大学

Cu/Ni纳米多层膜微观强化机理及微摩擦学特性的分子动力学模拟

多层膜材料具有整体材料和任何单一组分薄膜难以达到的各种特殊性能,能满足各种特殊应用需求,近年来这方面的研究引起了人们的极大关注,成为薄膜材料的研究热点之一。对于多层膜的研究目前多集中在多层膜性能的实验测试及强化机理的理论分析,从研究方法上看各有其局限性。本文建立了Cu/Ni 多层膜的纳米压痕、微摩擦磨损的分子动力学模型,模拟了多层膜在纳米压入和微摩擦过程中的应力分布、位错的形成及扩展规律,研究了界面结构的形成及对位错运动、界面强度的影响,建立了膜层性能与微观结构之间的关系,从原子尺度揭示了Cu/Ni 多层膜的强化机理和摩擦学特性。本文所做的创新性工作及有关重要结论可总结如下: 1.采用OpenGL 三维虚拟现实技术,利用VC++.Net 平台自行开发了分子动力学模拟程序,并运用该程序建立了原子尺度的纳米压入的模型。该模型的特点是定义了刚性的压头,并以与压头相接触的截断半径以内的原子所受的力为压头的载荷。模拟结果表明:在原子尺度材...  (本文共150页) 本文目录 | 阅读全文>>

兰州大学
兰州大学

微观摩擦学电荷转移调控机理的第一性原理研究

摩擦是一种普遍存在的现象,从古到今摩擦理论一直是学者们研究探索的一个课题。古典摩擦理论认为,摩擦力和载荷成正比,并与接触面积无关。阿蒙顿定律的提出是对宏观摩擦理论的极大发展。随着实验条件和计算机水平的发展,科研工作者逐渐将目光聚焦于微观甚至是纳米尺度的摩擦研究。提出了多种微观摩擦理论,比较著名的有能量耗散机制,它认为滑动需要克服前进方向的能量势垒,势垒越大,摩擦力越大。但是势垒是如何影响摩擦性质的,或者说势垒影响摩擦的本质是什么?至今却仍然知之甚少。有学者提出滑动接触界面的电荷重新分布可能是其中一个原因。但是,始终缺少系统的量化的手段建立与势能的关系并因此预测摩擦性质。基于此,我们通过第一性原理,对多种摩擦体系进行系统的研究,探索摩擦与电荷转移,势能与电荷转移之间的本质关联。主要的研究内容包括以下几个方面:1.石墨烯纳米片中掺杂诱导的改性实现原子尺度的摩擦调节。作为典型的原子级薄的固体润滑剂,石墨烯得到了广泛的应用和研究。然而,...  (本文共66页) 本文目录 | 阅读全文>>

上海大学
上海大学

石墨烯摩擦力学行为研究

原子尺度摩擦是近年来纳米摩擦学研究的热点问题。大量研究表明,原子尺度摩擦规律显著区别于宏观尺度的摩擦规律。在原子尺度上,摩擦现象十分复杂,目前对摩擦耗散机理的解释尚不完善。深入研究原子摩擦行为,不仅具有重要的工业应用价值也是重要的科学问题。本文主要研究石墨烯材料基本的滑动摩擦性质。石墨烯具有优异的力学性能,其面内碳原子间共价键作用很强。作为一种严格意义上的二维材料,石墨烯的结构十分稳定,具有原子级的平整表面,且原子结构有序排布。基于这些优异性质,石墨烯成为研究原子尺度摩擦规律的理想材料。此外,清楚地认识石墨烯摩擦行为,也可为石墨烯基微纳电子机械系统设计提供理论指导。本文的主要研究内容如下:(1)研究了基底支撑刚度对石墨烯摩擦性能的影响。利用分子动力学模拟,计算了单层正六边形石墨烯片在弹簧支撑的石墨烯基底表面的滑动摩擦行为。结果发现,摩擦力随支撑弹簧刚度的增大呈指数减小。软基底的刚度成为影响摩擦的重要参数,如稳定的超滑状态可能受到...  (本文共112页) 本文目录 | 阅读全文>>

南昌大学
南昌大学

低维纳米材料的摩擦与耗散研究

滑动表面之间的摩擦现象非常普遍,在我们的日常生活和工业生产过程中扮演重要角色。随着纳机电器件规模的减小,摩擦现象变得复杂,摩擦力也变得越来越重要。原子尺度的摩擦规律显著区别于宏观尺度的摩擦规律,目前对微观或纳米尺度的摩擦耗散机制的解释尚不完善。深入研究原子尺度摩擦行为,不仅具有重要的工业应用价值,也是重要的科学问题。由于多壁碳纳米管的管壁之间可能存在超低摩擦,国内外相关研究人员对纳机电运动控制的设计及应用研究十分重视,并开展了大量工作。石墨烯因其独特的二维稳定结构和优异性质,被认为是研究原子尺度摩擦规律的理想材料。清楚地认识石墨烯摩擦特性,可为石墨烯基微/纳机电系统设计提供理论指导。在本文中,我们重点围绕基于石墨或碳纳米管的范德华型纳米振荡器,研究了在周期性简谐驱动力作用下实现稳定振动的条件。计算和分析了纳米振子的操作特性。研究结果表明,通过选择合适的驱动振幅和频率,能够实现纳机电系统的持久稳定振动。该方法对于进一步研究基于石墨...  (本文共92页) 本文目录 | 阅读全文>>