1、微納機(jī)電系統(tǒng)(M/NEMS)技術(shù)的快速發(fā)展促進(jìn)了對(duì)原子級(jí)摩擦力的研究。作為M/NEMS基礎(chǔ)的摩擦學(xué)問(wèn)題使人們渴望對(duì)摩擦機(jī)理有更加深入的了解并嘗試去控制這些設(shè)備的摩擦特性。本文在開(kāi)放的環(huán)境條件下應(yīng)用理論和實(shí)驗(yàn)方法且在超高真空(UHV)條件下進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)模擬(MD)來(lái)共同研究原子級(jí)摩擦性能。
　　首先，運(yùn)用原子力顯微鏡(AFM)在正常環(huán)境中研究了不同的相對(duì)濕度(RH)下由機(jī)械振動(dòng)所引起的流體潤(rùn)滑，熱潤(rùn)滑和動(dòng)態(tài)潤(rùn)滑。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示:低溫

2、狀況下高濕度會(huì)增強(qiáng)流體潤(rùn)滑效果而高溫狀況下濕度高則會(huì)由于形成流體橋接來(lái)降低熱潤(rùn)滑效果。無(wú)論高溫還是低溫，動(dòng)態(tài)潤(rùn)滑對(duì)于摩擦力的影響保持一致，即無(wú)論在任何RH值下增加針尖振動(dòng)的振幅都會(huì)使摩擦力減小。有趣的是對(duì)于動(dòng)態(tài)潤(rùn)滑作用來(lái)講，在高溫狀況下，濕度越高摩擦力越大而低溫狀況下濕度越低摩擦力越大。本文還提出了考慮濕度的二維動(dòng)態(tài)模型以進(jìn)一步說(shuō)明自然環(huán)境下的摩擦機(jī)理。
　　其次，應(yīng)用分子動(dòng)力學(xué)模型本文還模擬了硅探針在金剛石基底上滑動(dòng)來(lái)研究摩擦?xí)r

3、效。模擬實(shí)驗(yàn)表明:真空中接觸加強(qiáng)主要是由表面二聚作用引起的。隨著溫度升高，由于晶體序列由(1×1)轉(zhuǎn)換到(2×1)，針尖和基底之間的接觸也由非公度轉(zhuǎn)變?yōu)楣取＝佑|增強(qiáng)和熱潤(rùn)滑效果的結(jié)合導(dǎo)致平均摩擦力隨著溫度的升高呈非單調(diào)性變化。然而，由表面二聚作用引起的摩擦力增強(qiáng)趨勢(shì)可能會(huì)在很大程度上受到結(jié)構(gòu)潤(rùn)滑作用抑制.
　　第三點(diǎn)，本文在超真空環(huán)境下，通過(guò)向MD模擬的探針施加正弦變化的法向作用力來(lái)仿真原子力顯微鏡中的動(dòng)態(tài)潤(rùn)滑作用并對(duì)其進(jìn)行研究

4、。為了找出隨著振蕩增加使摩擦力明顯減小的頻率，作者還計(jì)算了聲子態(tài)密度(DOS)。最先發(fā)現(xiàn)該頻率可能位于探針和樣品態(tài)密度曲線(xiàn)的狹小交匯處，但是THz的高頻會(huì)略微地減小摩擦力，因?yàn)樽饔昧ο嗷ヅ懦獾那闆r下這種高頻在應(yīng)用的幅值范圍內(nèi)會(huì)促使針尖快速振動(dòng)。因此，作者暫時(shí)得出以下結(jié)論:此現(xiàn)象是之前提到的高頻下摩擦力增強(qiáng)的原因。此外，將頻率降低到GHz接近掃描頻率，即使在很低的振蕩幅值下由于針尖脫離接觸面依然會(huì)造成摩擦力急劇下降。在大的振幅下，探針在排