《基於表面力儀的摩擦能耗機理的實驗研究》是依託東南大學，由張艷擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於表面力儀的摩擦能耗機理的實驗研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張艷
- 依託單位：東南大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
摩擦的能耗機理是摩擦學的基本問題，它涉及到摩擦力的起源，迄今為止，仍沒有一個理論模型能夠定量描述摩擦的能耗。基於石墨烯薄膜的聲子色散曲線依賴於石墨烯的層數，項目提出以兩片石墨烯薄膜相互滑動為研究對象，採用分子動力學進行理論建模和套用表面力儀進行實驗測量，研究石墨烯薄膜相互滑動時的摩擦力與石墨烯層數、溫度、滑動速度和外加激勵的相關性，建立基於聲子耗散的摩擦能耗的理論模型。將利用聲子耗散模型解釋納尺度條件下滑動速度、溫度對摩擦力的影響機理。項目也將同時測量石墨烯薄膜相互滑動時的摩擦力和粘附力，通過對粘附力線上測試，試圖從實驗上定量驗證勢能面減小是結構潤滑的理論假說。
結題摘要
摩擦的能耗機理是摩擦學的基本問題，它涉及到摩擦力的起源，迄今為止，仍沒有一個理論模型能夠定量描述摩擦的能耗。基於石墨烯薄膜的聲子色散曲線依賴於石墨烯的層數，項目組提出以兩片石墨烯薄膜相互滑動為研究對象，採用分子動力學進行理論建模和套用表面力儀進行實驗測量，研究石墨烯薄膜相互滑動時的摩擦力與石墨烯層數、溫度、滑動速度和外加激勵的相關性，建立基於聲子耗散的摩擦能耗的理論模型。本項目採用分子動力學對矽和石墨烯的摩擦特性進行了研究，發現摩擦引起的界面內聲子模式和界面外的聲子模式是一致的，且在一定的範圍內，溫度的上升除了激發出石墨烯本徵頻率的聲子外，並不會對摩擦引起的聲子耗散模式產生影響，而溫度的變化也不會改變速度對摩擦聲子耗散模式的影響。通過比較界面能量耗散和熱域累積能量的變化，驗證了界面摩擦耗散的能量與傳遞界面的熱能相等，提出了利用熱域累積熱能計算摩擦力的方法。項目還發現，滑動摩擦過程中能激發低頻的界面聲子模式，有助於界面熱量傳遞。項目組還用分子動力學研究了基底支撐剛度梯度變化對石墨烯層間摩擦力的影響、石墨烯層之間從公度接觸到非公度接觸的摩擦演化以及多層石墨烯的摩擦力和剛度關係的分子動力學模擬等。 除了項目規定的研究內容以外，在項目執行過程中，課題組還把分子動力力學摩擦仿真引入了高超聲速飛行器的氣固界面摩擦和熱防護方面。還研究了製備液柵MoS2場效應電晶體的簡便方法。目前的研究對於揭示摩擦的起源有一定的意義。
