《亞納米磁致伸縮效應誘導的石墨烯嵌層表面摩擦學行為》是依託西安交通大學，由楊雷擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：亞納米磁致伸縮效應誘導的石墨烯嵌層表面摩擦學行為
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：楊雷
- 依託單位：西安交通大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
針對納米機械系統，在原子尺度下控制表面摩擦學行為是近年來研究的熱點與難點。磁場作用下表面材料的磁致伸縮效應引發的接觸界面原子排布變化為實現原子級的摩擦學行為調控提供可能。因此，本研究提出“亞納米磁致伸縮效應誘導的石墨烯嵌層表面摩擦學行為”這一科學問題，圍繞石墨烯嵌層亞納米磁致伸縮效應的產生原理，磁致伸縮效應誘導下石墨烯嵌層表面的納米摩擦和磨損特性開展研究。通過測試磁場作用下石墨烯嵌層表面的電荷分布，結合密度泛函理論探索自旋電子耦合作用誘導的磁致伸縮效應產生原理。通過磁場條件下的納米摩擦測試，得到石墨烯嵌層表面納米摩擦力隨磁場強度的變化規律，闡明磁致伸縮效應誘導下真實接觸面積變化對納米摩擦力的調控作用。通過磁場條件下的納米磨損測試，得到石墨烯嵌層表面納米磨損深度隨磁場強度的變化規律，澄清磁致伸縮效應誘導下表面鍵合結構轉變對納米磨損的影響機制。研究結果為納米表面的摩擦學行為調控提供新方法。
結題摘要
針對微/納米機械系統，如何有效調控微/納米尺度下的摩擦磨損問題成為迫切需要解決的問題。磁場條件下表面材料的磁致伸縮效應誘導的接觸界面原子排布變化為實現原子級的摩擦學行為調控提供了創新設計思路。本項目圍繞自旋電子耦合作用誘導的石墨烯嵌層亞納米磁致伸縮效應、磁致伸縮效應誘導下真實接觸面積變化對納米摩擦的調控作用、磁致伸縮效應誘導下石墨烯鍵合結構轉變對納米磨損的影響機制等三項內容開展實驗與理論研究。 針對石墨烯嵌層亞納米磁致伸縮效應的產生原理，利用ECR電漿低能電子照射技術實現了磁性石墨烯嵌層碳膜的可控制備；測量了不同磁性石墨烯嵌層碳膜的表面電勢，發現碳膜的表面電勢隨其磁性增強而增強；採用密度泛函理論計算了石墨烯納米帶邊緣俘獲自由電子時其幾何結構的變化，發現了石墨烯邊緣俘獲的自由電子由於自旋耦合作用導致邊緣碳-碳鍵長發生變化，進而產生亞納米級的磁致伸縮效應。 針對磁致伸縮效應誘導的納米摩擦特性，設計搭建了原子力顯微鏡外加磁場裝置，在外加磁場條件下測量了石墨烯嵌層碳膜表面的納米摩擦力，發現磁場作用下碳膜的納米摩擦力顯著增加，並且摩擦力隨著磁場強度的增加而增加。結合分子動力學與實驗方法研究了磁場誘導的摩擦增強效應的機理，提出磁場作用下石墨烯嵌層的磁致伸縮效應導致接觸區域真實接觸面積增加，進而導致碳膜的納米摩擦力增加。 針對磁致伸縮效應誘導的納米磨損特性，利用原子力顯微鏡金剛石探針在外加磁場條件下測量了石墨烯嵌層碳膜的納米磨損特性，發現外加磁場可以調控石墨烯嵌層碳膜的納米磨損特性，隨著外加磁場強度的增加，石墨烯嵌層碳膜的納米磨損深度減小。結合分子動力學模擬提出了磁致伸縮效應誘導下石墨烯鍵合結構轉變對碳膜納米磨損行為的影響機理。 本項目開發了外加磁場條件下納米摩擦學特性測試的新方法，提出了石墨烯嵌層磁致伸縮效應誘導下的納米摩擦學特性調控新機制，為微/納米機械系統表面摩擦特性的調控提供新思路。
