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横向应力场对原子尺度摩擦的调制

郭一伯  庞华  刘大猛  
【摘要】: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MoS_2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MoS_2的层数。通过原子力显微镜,对单层至多层MoS_2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U_0对Mo S_2原子尺度摩擦行为的影响,并通过独立振子模型计算MoS_2原子尺度摩擦能量耗散。结果在无应变的情况下,随着MoS_2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MoS_2平均摩擦力最大,双层Mo S_2次之,多层Mo S_2最小。当应变从0增加至1.06%时,单层Mo S_2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MoS_2时,摩擦能量耗散显著增大。单层MoS_2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。

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