外加电场和晶界对二维过渡金属硫族化合物纳米摩擦性能影响

• 作 者: 杨飞鹏
• 出 处: 湘潭大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 二维过渡金属硫族化合物 AFM 电场 晶界 摩擦性能

二硫化钼（MoS₂）和二硒化钼（MoSe₂）在纳米摩擦润滑领域具有良好的应用前景,研究MoS₂和MoSe₂摩擦性能将促进其作为固体润滑材料在微/纳机电系统（MEMS/NEMS）中的应用。由于工业的快速发展,MEMS/NEMS将应用于复杂的工业环境中,所以探究外加电场和材料缺陷对于MoS₂和MoSe₂摩擦性能的影响对其实际应用十分重要。本文通过化学气相沉积法（CVD）制备了单层MoSe₂和单层多晶MoS₂,基于先进扫描探针技术分别研究外加电场对于单层MoSe₂摩擦性能的影响和不同角度晶界对单层多晶MoS₂摩擦性能的影响。探究电场和晶界对于MoS₂和MoSe₂摩擦性能的影响,有利于更加深入理解其纳米摩擦机制,并为调控纳米摩擦力提供新思路。本文主要研究内容如下:（1）为了探究MoSe₂在电场作用下摩擦行为及相应摩擦机制,通过原子力显微镜（AFM）建立了电场环境下摩擦力和表面电势原位测试系统。实验发现MoSe₂的摩擦系数随着样品偏压而增加。探针与样品之间的粘附力和静电力随偏压正相关增长,并且近似遵循抛物线定律。（2）基于阿蒙顿定律和静电力模型,探讨了电场作用下摩擦力随静电力变化的机理。此外通过表征不同充电时间表面电势,发现表面电势和摩擦力随偏压施加时间的变化趋势相同,并符合电容器充放电规律。这可能是由于电荷积累引起的静电吸附导致静电力变化。（3）通过力曲线功能测试晶界区域的粘附力,发现MoS₂晶界处粘附力比无晶界区域的大,但晶界角度对粘附力的影响不大,这可能是由于晶界处吸附的极性粒子加强了探针与MoS₂表面相互作用。通过摩擦力模块测试MoS₂包含晶界区域的摩擦性能,实验结果表明晶界区域的摩擦系数要比无晶界区域的摩擦系数大,并随晶界角度而增大。（4）通过摩擦环计算探针滑移过程中产生的摩擦耗散,发现随晶界角度增加而增大,并且晶界区域产生的摩擦耗散比无晶界区域多。这可能是角度的不同会造成晶界处的弯曲刚度存在差异,从而使探针滑移经过不同角度晶界时导致不同程度的褶皱效应。并且随着法向载荷的增大,探针在MoS₂表面引起的面内变形程度越来越高。因此,摩擦耗散随着晶界角度和法向载荷而增加。