MoS2纳米摩擦特性及其调制和金属表面扩散的理论研究

摘要

本论文第一部分采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了MoS2固体润滑剂层间纳米摩擦特性及其调制。研究结果有助于在原子、分子层次理解纳米摩擦现象，也为在微观上调制摩擦特性提供一些新的思路和方法。第二部分采用分子动力学模拟方法研究了小原子团簇在一些金属表面扩散特性。研究结果有助于理解薄膜生长早期在亚原子单层原子扩散的机理。其主要结果如下：（1）采用第一性原理方法研究了两层 MoS2薄片间的摩擦特性：随着正压力增加层间摩擦力增加，基本符合阿芒顿定律。另外，随着正压力增加，层间摩擦势能面不同，主要反应在摩擦过程中两层MoS2薄片不同位形下的界面间的电荷相互作用不同。（2）采用第一性原理方法研究了层内应变对两层MoS2薄片间的摩擦特性的影响：对层内施加双轴向拉应变的情况下，层间摩擦力会增加；而对层内施加双轴向压应变的情况下，层间摩擦力会减少。这给我们提供一种调制摩擦的新的思路和方法。（3）采用第一性原理方法研究了法向方向外加电场对两层 MoS2薄片间的摩擦特性的影响：MoS2是半导体，随着外加电场的增加其能带会出现由半导体向金属的转变；随着外加电场的增加其层间摩擦会稍有增加，但外加电场增加到足使其发生半导体向金属转变时，其层间摩擦急剧下降。这样给我们提供一调制摩擦的方法，而且不用破坏其原子结构。（4）利用分子动力学和嵌入原子势（EAM）势函数计算了单个增原子和空位在Fe（110）、Fe（100）和 Fe（111）三个表面上的吸附能和形成能以及扩散势垒。研究结果表明对于增原子吸附能和扩散迁移能遵循这样的规律：Eaa(110)

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1 引言

1.1 表面科学与摩擦学发展简述

1.2 纳米摩擦学研究进展

1.3 固体润滑剂纳米摩擦学研究意义及进展

1.4 金属小团簇表面扩散的研究意义及进展

1.5 表面扩散和纳米摩擦的研究方法概述

1.6 本论文研究的主要内容

2 理论基础与计算方法

2.1 密度泛函理论（Density Founctional Theory, DFT)

2.2分子动力学方法

3 层内应变对MoS2摩擦特性调制的第一性原理研究

3.1背景介绍

3.2计算方法

3.3 结果与讨论

3.4 小结

4 电场对MoS2摩擦特性影响的第一性原理研究

4.1背景介绍

4.2计算方法

4.3 结果与讨论

4.4 小结

5 Fe表面增原子和空位自扩散的分子动力学模拟

5.1背景介绍

5.2计算方法

5.3 结果与讨论

5.4 小结

6 小Cu团簇在Ag（111）表面扩散的分子动力学模拟

6.1背景介绍

6.2计算方法

6.3 结果与讨论

6.4 小结

7 总结及展望

参考文献

攻读博士期间发表的学术论文与研究成果

致谢