横向应力场对原子尺度摩擦的调制

作者：郭一伯; 庞华; 刘大猛^*

来源：表面技术, 2020, 49(01): 187-220.

DOI：10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.01.022

• 原子尺度摩擦
• 应力场调制
• 二维材料
• PT模型
• 摩擦能量耗散
• 等效刚度
• 表面势垒

目的探索横向应力场对原子尺度摩擦能量耗散的调制规律。方法采用微机械剥离方法制备单层至多层MoS2样品,利用光学显微镜、高波数拉曼光谱、低波数拉曼光谱精确确定MoS2的层数。通过原子力显微镜,对单层至多层MoS2进行原子尺度摩擦实验,探索横向应力场对原子尺度摩擦参数及摩擦能量耗散的调制规律。基于独立振子模型,分别评价等效刚度k和表面势垒U0对Mo S2原子尺度摩擦行为的影响,并通过独立振子模型计算MoS2原子尺度摩擦能量耗散。结果在无应变的情况下,随着MoS2层数的增加,等效刚度从2.92 N/m增加至7.41 N/m,表面势垒从0.36 eV增加至0.58 eV。单层MoS2平均摩擦力最大,双层Mo S2次之,多层Mo S2最小。当应变从0增加至1.06%时,单层Mo S2的等效刚度从2.92N/m增加到12.03 N/m,表面势垒从0.36 eV增加至2.94 eV,但是应力场对表面势垒的调制作用更强,从而导致相对势垒η与应力场呈正相关。随着应力场的增加,原子尺度摩擦能量耗散增加,而且当应力场刚开始作用于MoS2时,摩擦能量耗散显著增大。单层MoS2的摩擦能量耗散从无应变时的1.3×10–13 J增加到应变为0.53%时的1.9×10–12 J。结论研究能量耗散不仅有助于探究摩擦本质,而且可实现能量耗散的调制。该工作促进了原子尺度摩擦能量耗散的研究,为摩擦能量耗散调制提供了新的方向。

• 单位
  清华大学; 摩擦学国家重点实验室