이 논문에서 우리는 분자 역학 시뮬레이션을 사용하여 금 기판에서 미끄러지는 그래핀 플레이크의 마찰 거동을 조사합니다. 플레이크 크기, 플레이크 모양, 플레이크와 기판 사이의 상대 회전 각도 및 기판의 결정 방향이 마찰 과정에 미치는 영향을 철저히 연구합니다. 동일한 하중 하에서 원자당 평균 마찰력은 더 큰 그래핀 플레이크에 대해 더 작아서 명백한 크기 효과를 나타내는 것으로 밝혀졌습니다. 또한 플레이크 모양은 슬라이딩 과정에서 마찰을 결정하는 데 중요합니다. 정사각형 플레이크의 원자당 평균 마찰력은 삼각형 및 원형 플레이크의 마찰력보다 훨씬 큽니다. 더욱이, 삼각형 플레이크의 원자당 평균 마찰력은 가장 작습니다. 우리는 또한 금 기질에 대한 그래핀 플레이크의 방향이 마찰 과정에서 중요한 역할을 한다는 것을 발견했습니다. 안락의자 방향을 따라 미끄러지는 그래핀 플레이크의 마찰력은 회전하는 플레이크의 마찰력보다 훨씬 큽니다. 또한, 단결정 금 기판은 마찰의 상당한 이방성 효과를 나타내는 것으로 나타났는데, 이는 전위 에너지 주름의 이방성 효과에 기인한다. 이러한 이해는 금 기판에서 그래핀 플레이크가 미끄러지는 기본 메커니즘에 대한 정보를 제공할 뿐만 아니라 나노 규모 그래핀 기반 장치의 설계 및 제조를 안내할 수도 있습니다.
<섹션 데이터-제목="배경">그래핀은 다양한 잠재적 응용 분야 중 나노 규모 전자 장치에 응용할 수 있는 유망한 신소재 중 하나입니다[1,2,3,4,5]. 실제 그래핀 기반 전자소자에서 전기접점으로 금은 일반적으로 사용된다[6]. 따라서 그래핀-금 시스템의 마찰은 이러한 그래핀 장치의 효율적인 제조와 안정적인 작동에 중요한 역할을 합니다. 그래핀은 우수한 기계적 특성으로 인해 나노마찰학 분야의 연구원들로부터 큰 관심을 끌었지만[3, 7], 그래핀이 금 표면에서 미끄러지는 마찰 특성은 제대로 이해되지 않았습니다. 지금까지 그래핀에 대한 많은 마찰학적 연구는 그래핀과 스캐닝 프로브 팁 사이의 마찰력에 초점을 맞추고 있다[8,9,10,11,12,13,14]. 예를 들어, 화학적으로 변형된 흑연에 대한 마찰에 대한 원자력 현미경(AFM) 실험은 음의 마찰 계수를 나타냈습니다[9]. 소수층 그래핀의 마찰력 현미경(FFM) 실험은 그래핀 층이 감소할수록 마찰이 증가한다는 것을 발견했다[10, 11]. 이러한 현상은 그래핀의 퍼커링 효과로 설명된다[9,10,11]. 그래핀 플레이크와 그래파이트 사이의 마찰은 그래핀 위에서 미끄러지는 동안 팁이 플레이크를 끌면서 측정되었다고 가정된다[8, 14]. 층상 고체에 대한 플레이크의 측면 운동과 결합된 회전 운동은 그에 상응하는 구성으로의 플레이크 재배향으로 인한 마찰 증가로 이어진다는 것이 밝혀졌습니다[15]. 동시에 일부 학자들은 다른 기술을 사용하여 그래핀 및/또는 금의 마찰을 연구하는 데 전념해 왔습니다. Quartz crystal microbalance (QCM) 기술은 그래핀에 대한 금의 윤활성과 그래핀/Ni(111) 기판에 대한 고체 크세논 필름의 미끄럼 마찰을 연구하기 위해 사용되었습니다 [17]. QCM 실험과 분자 역학(MD) 시뮬레이션 모두 Au에 대한 균형이 맞지 않는 Kr 단일층의 마찰이 점성 마찰 법칙을 따른다는 것을 보여줍니다[18, 19]. MD 시뮬레이션은 흑연 기판에서 2차원 금섬과 3차원 금 클러스터의 정지 마찰을 조사하기 위해 수행됩니다[20]. 슬라이더 두께는 두꺼운 클러스터의 더 높은 유효 강성으로 인해 윤활성을 촉진할 수 있음을 알 수 있습니다. 크기 의존적 계면 commensurability는 또한 그래핀과 Au 기판에 대한 크세논 원자의 MD 시뮬레이션에 의해 밝혀졌으며[21], 이는 정지 마찰의 크기 의존성을 설명할 수 있는 Cu 기판에 대한 크립톤 및 실리콘 클러스터의 시뮬레이션과 일치합니다[22]. 최근 Au(111) 기판 위의 그래핀 나노리본의 초윤활성이 저온에서 관찰되었다[23]. Kitt et al. SiO2 위를 미끄러지는 그래핀의 마찰을 직접 측정 기판과 단층 및 이중층 그래핀의 마찰 거동이 Amonton의 법칙을 위반한다는 것을 발견했습니다[24]. 전반적으로 순수한 2차원 물질로서 그래핀이 그래핀-기판 시스템에 대해 비정형적인 마찰 거동을 보일 것으로 예상하는 것이 합리적입니다. 불행히도, 그래핀과 금속 사이의 계면 특성이 체계적으로 조사되었지만 금 기판에 대한 그래핀의 미끄럼 마찰에 대한 자세한 조사는 여전히 부족합니다[25,26,27,28].
이 간극을 채우기 위해 이 논문에서는 분자 역학(MD) 시뮬레이션을 사용하여 단결정 금 기판 위의 모바일 그래핀 플레이크의 슬라이딩 마찰 거동을 철저히 연구했습니다. 우리는 마찰 특성을 명확히 하기 위해 플레이크 크기, 플레이크 모양, 플레이크와 기질 사이의 상대 회전 각도, 기질의 결정 방향의 영향을 조사합니다.
팁에 스프링을 통해 부착된 그래핀 플레이크가 금 기판 위로 미끄러지는 AFM 실험을 시뮬레이션하기 위해 [29], 우리는 N으로 만들어진 그래핀 플레이크로 구성된 MD 모델을 설정합니다. 원자와 단결정 금 기질(그림 1 참조). 기질 바닥에 있는 세 개의 원자 층은 경계 원자 역할을 하도록 공간에 고정되어 있습니다. 시스템의 온도를 제어하기 위해 기판의 경계 원자에 인접한 4개의 원자 층이 온도 조절 장치 원자로 선택됩니다. 온도 조절기 원자는 속도 스케일링 방법에 의해 300K의 일정한 온도로 유지됩니다[30]. 이 논문에서는 먼저 슬라이딩 동안 그래핀의 회전을 고려하지 않습니다. 그래핀의 원자는 x에서만 움직일 수 있습니다. 그리고 z 방향이지만 y 시뮬레이션을 단순화하는 방향. 이것이 이 논문의 주요 초점이다. 그런 다음 y에서 그래핀의 이동 제약 없이 일부 MD 시뮬레이션을 추가로 수행합니다. 실제 실험 조건과 더 잘 일치하도록 방향을 조정합니다. 플레이크 원자는 조화 스프링을 통해 일정한 속도로 가상 원자에 의해 끌립니다. 기판 표면에 평행한 스프링은 10N/m의 측면 강성을 가지며 AFM 시스템의 캔틸레버 빔 및 팁 정점의 변형을 나타내는 데 사용됩니다[31]. 일정한 수직 하중이 시뮬레이션에서 플레이크 원자에 직접 적용됩니다[29, 31]. 그래핀 플레이크는 가상 원자에 의해 10m/s의 일정한 속도로 옆으로 당겨집니다. 운동 방정식은 속도-Verlet 알고리즘과 통합됩니다. 시간 간격은 1fs입니다. 경계는 x에서 주기적입니다. 그리고 y 길찾기, z에서 무료 방향.
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마찰 과정의 시뮬레이션 모델
기판의 결정 방향 효과를 조사하기 위해 Au(111), (001) 및 (110) 평면의 세 가지 다른 표면에서 미끄럼 마찰의 MD 시뮬레이션을 각각 수행합니다. Au(111) 표면의 경우 좌표계는 \( x-\left[11\overline{2}\right] \), \( y-\left[1\overline{1}0\right] \ ), 그리고 z -[111] 및 크기는 19.98 × 15.0 × 3.06 nm 3 입니다. . Au(001) 표면의 경우 좌표계는 x로 간주됩니다. -[100], y -[010] 및 z- [001] 기판의 크기는 19.99 × 15.1 × 3.06 nm 3 . Au(110) 표면의 경우 좌표계는 x로 간주됩니다. -[001], \( y-\left[1\overline{1}0\right] \), 그리고 z -[110] 및 크기는 19.99 × 15.0 × 3.03 nm 3 입니다. . Au(111), Au(110), Au(001) 표면의 슬라이딩 방향을 따른 격자 간격은 각각 9.99Å, 4.08Å, 4.08Å입니다. 기재하지 않으면 Au(111)가 기질로 채택된다. 시뮬레이션에서 여러 다른 플레이크 크기와 모양이 모델링됩니다. 기본 플레이크 모양은 크기가 5.8nm인 정사각형입니다(원자 수 N =1344). x -축은 그래핀의 안락 의자 방향을 따르고 y -축은 z와 함께 지그재그 방향을 따릅니다. - 그래핀에 수직인 축.
Au 내의 원자간 힘은 EAM(embedded atom method) 전위에서 파생됩니다[32]. EAM 전위는 다양한 금속의 탄성 특성, 결함 형성 에너지 및 파괴 메커니즘을 모델링하는 데 매우 성공적이었습니다[32, 33]. 또한 표면 에너지 및 표면 재구성과 같은 금속의 표면 특성을 설명하는 데 성공적으로 적용되었습니다[32,33,34]. 널리 사용되는 AIREBO 전위는 그래핀 내 원자의 상호 작용을 설명하는 데 적용됩니다[35]. 그래핀과 금 기판 사이의 상호 작용은 흑연에서 금 클러스터의 마찰 및 확산과 같은 많은 비평형 현상을 연구하는 데 사용된 표준 Lennard-Jones(LJ) 전위에 의해 모델링됩니다[36, 37]. LJ 매개변수[28, 29]는 다음과 같습니다. ε =22.0 meV 및 σ =2.74 Å. MD 시뮬레이션은 대규모 원자/분자 대량 병렬 시뮬레이터(LAMMPS)를 사용하여 수행됩니다[38]. 시뮬레이션에서 그래핀 플레이크는 처음에 Au 기판 표면 위에 위치합니다. 마찰 시스템이 완전히 이완된 후 가상 원자는 음의 x를 따라 미끄러지기 시작합니다. 일정한 속도로 방향.
그림 2는 다양한 정상 하중에서 슬라이딩 거리의 함수로 마찰력을 보여줍니다. 이 논문에서 슬라이딩 거리는 가상 원자의 거리이다. 마찰력은 AFM 실험에서와 같이 스프링의 변형에 의해 측정됩니다. 그래핀 플레이크는 1344개의 원자로 구성된 5.8nm 크기의 정사각형 모양입니다. 마찰력은 스틱 슬립 동작의 전형인 급격한 하락이 뒤따르는 지속적인 증가를 경험한다는 것이 분명합니다. 마찰력의 급격한 감소는 에너지 소실을 초래하고 국소 위치 에너지 최소값을 갖는 다중 준안정 상태 사이의 전이 발생을 의미합니다[39]. 마찰력은 하중 L에 따라 증가하는 것이 합리적입니다. 크기 효과를 알아보기 위해 크기가 2.0nm인 또 다른 두 개의 정사각형 조각(N =160개 원자) 및 10.0nm(N =3936 원자)가 채택됩니다. 슬라이딩 과정에서 다양한 플레이크 크기에 대한 마찰력과 평균 마찰력의 변화가 그림 3에 나와 있습니다. 5.8nm 플레이크의 경우 2.0 및 10-nm 모두에서 명백한 스틱-슬립 마찰이 관찰될 수 있습니다. nm 조각. 또한 원자당 평균 마찰력 F에는 크기 효과가 분명히 존재합니다. 프릭 /N, 그림 3c 참조. 동일한 하중에서 원자당 평균 마찰력 F 프릭 /N은 더 작은 플레이크에 대해 더 큽니다. 이 크기 효과는 증가하는 플레이크 크기와 함께 마찰에서 가장자리의 역할이 점진적으로 감소하기 때문에 발생합니다[40, 41]. QCM 실험과 MD 시뮬레이션 모두 우리 시뮬레이션과 일치하여 흡착질 클러스터의 마찰이 크기가 증가함에 따라 감소한다는 것을 발견했습니다[18,19,20,21,22]. 그러나 QCM 실험 및 MD 시뮬레이션에서 마찰의 크기 의존성은 크기 의존적 계면 commensurability[18,19,20,21,22]에 의해 설명됩니다.
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다양한 수직 하중(L)에서 슬라이딩 거리의 함수로서의 마찰력. 플레이크는 5.8nm 크기의 정사각형 모양입니다. 여기서 a0(=9.99 Å)은 슬라이딩 방향을 따른 Au(111)의 격자 간격입니다.
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다양한 플레이크 크기에 대한 마찰력 및 평균 마찰력의 변화. 2.0nm(N)에 대한 슬라이딩 거리의 함수로서의 일반적인 마찰력 =160개 원자) 플레이크(a ) 및 10nm(N =3936개의 원자) 플레이크(b ). ㄷ 원자당 평균 마찰력(F 프릭 /N) 원자당 하중(L/N)의 함수입니다. 여기서 a0(=9.99 Å)은 슬라이딩 방향을 따른 Au(111)의 격자 간격입니다.
슬라이더 모양이 마찰을 결정하는 데 중요한 역할을 하기 때문에[42, 43], 마찰 과정에 대한 조각 모양의 영향을 더 조사하기 위해 우리는 둥근 그래핀 조각(N =1080 원자) 및 삼각형 그래핀 플레이크(N =654 원자). 그림 4는 슬라이딩 과정에서 다양한 플레이크 모양에 대한 일반적인 마찰력과 평균 마찰력의 변화를 보여줍니다. 그림 4a, b와 같이 작은 하중(L =20 nN(둥근 플레이크 및 L) =10 nN(삼각 플레이크의 경우), 마찰력은 지속적으로 0 부근에서 변동하며 초저마찰(초윤활성)이 관찰될 수 있습니다. 그러나 큰 정상 부하(L =400 nN(둥근 조각 및 L) =200 nN(삼각 플레이크의 경우), 플레이크는 명백한 스틱-슬립 동작과 큰 마찰력을 나타냅니다[39]. 동일한 하중에서 원자당 평균 마찰력 F 프릭 /N은 정사각형 플레이크의 경우 가장 크고 삼각형 플레이크의 경우 가장 작은 반면 F 프릭 /N은 둥근 플레이크 사이에 있습니다. 또한, 원자당 평균 마찰력의 차이 F 프릭 원형과 삼각형 플레이크 사이의 /N은 다소 작습니다. 하지만 F 프릭 /N 정사각형 플레이크가 훨씬 큽니다. 따라서 플레이크 모양이 슬라이딩 과정에서 중요한 역할을 한다는 것은 분명합니다.
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다양한 플레이크 모양에 대한 마찰력과 평균 마찰력의 변화. 라운드의 슬라이딩 거리에 따른 일반적인 마찰력(N =1080 원자) 플레이크(a ) 및 삼각형(N =654개 원자) 플레이크(b ). ㄷ 원자당 평균 마찰력(F 프릭 /N) 원자당 하중(L/N)의 함수입니다. 여기서 a0(=9.99 Å)은 슬라이딩 방향을 따른 Au(111)의 격자 간격입니다.
기판에 대한 플레이크의 방향이 마찰을 결정하는 데에도 중요하다는 것은 잘 알려져 있습니다[42]. 마찰에 대한 방향 효과를 조사하기 위해 그래핀 플레이크를 z에 대해 서로 다른 각도로 반시계 방향으로 회전합니다. - 접점에 수직인 축. 회전 각도 0°(회전 없음)는 x -축은 그래핀의 안락 의자 방향을 따르고 회전 각도 90°는 x -축은 지그재그 방향을 따릅니다. L에서 회전 각도가 다른 5.8nm 정사각형 플레이크의 미끄럼 거리에 따른 마찰력의 변화 =240 nN은 그림 5에 나와 있습니다. 해당 평균 마찰력 F 프릭 θ =15° 및 θ =45°인 플레이크의 경우 마찰력이 지속적으로 0 부근에서 변동하고 초윤성이 관찰될 수 있습니다. 5b, d. 또한 θ =15° 및 θ =45°인 박편의 평균 마찰력에서 약간의 차이가 관찰될 수 있습니다(그림 6 참조). 그러나 θ =30°, 60° 및 θ =90°인 박편의 경우, 플레이크는 명백한 스틱-슬립 동작과 상대적으로 큰 마찰력을 나타냅니다. 또한 θ =30°, 60° 및 θ =90°인 플레이크의 회전 각도가 클수록 평균 마찰력이 더 큽니다. 회전하는 플레이크의 마찰력은 모두 회전하지 않는 플레이크의 마찰력보다 훨씬 작습니다(θ =0°).
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L에서 5.8nm 정사각형 플레이크의 마찰력 대 슬라이딩 거리 =다른 회전 각도에 대해 240 nN(θ =0°, 15°, 30°, 45°, 60°, 90°). 아 –f 회전 각도 0°~90°에 각각 해당합니다. 여기서 a0(=9.99 Å)은 슬라이딩 방향을 따른 Au(111)의 격자 간격입니다.
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서로 다른 수직 하중에서 서로 다른 회전 각도에 대한 5.8nm 정사각형 플레이크의 평균 마찰력 Ffric
단결정 금은 상당한 이방성 효과를 나타낸다는 사실은 마찰 과정에 대한 기판의 결정 방향 효과를 더 연구하도록 권장합니다. 결정 방향과 슬라이딩 방향의 두 가지 조합, 즉 (001) [100] 및 (110) [001]에 대해 MD 시뮬레이션을 수행했습니다. 마찰력 및 평균 마찰력 F 프릭 다른 결정 방향을 가진 Au 기판에서 미끄러지는 5.8nm 정사각형 플레이크의 모습이 그림 1 및 2에 나와 있습니다. 각각 7번과 8번. 예상대로 마찰력은 정상 하중과 함께 증가합니다. 동일한 하중에서 Au(001) 및 Au(110) 표면의 마찰력은 Au(111) 표면의 마찰력보다 크며 Au(110) 표면의 마찰력은 다음과 같습니다. 가장 큽니다.
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(a ) Au(001) 및 (b ) Au(110)는 다양한 수직 하중에서 슬라이딩 거리의 함수로 표면을 나타냅니다. 여기서, a1(=4.08 Å)은 슬라이딩 방향을 따른 Au(001)의 격자 간격이고 a2(=4.08 Å)는 슬라이딩 방향을 따른 Au(110)의 격자 간격입니다.
<그림> 평균 마찰력 F 프릭 다른 정상 부하에서 다른 결정 방향으로 Au 기판에서 미끄러지는 5.8nm 정사각형 플레이크
잘 알려진 Prandtl-Tomlinson 모델[44]에 따르면 마찰력은 계면 에너지 주름과 밀접한 관련이 있습니다[45,46,47]. 마찰의 상당한 이방성 효과 뒤에 있는 기본 메커니즘을 탐구하기 위해 플레이크 위치를 변경할 때 플레이크와 Au 기판 사이의 상호 작용 위치 에너지를 계산했습니다[46]. 위치 에너지는 주어진 하중에 대한 평균 높이에 해당하는 고정 높이에서 단단한 플레이크에 대해 계산됩니다[29]. L에서 Au(111), Au(110) 및 Au(001) 표면에 대한 위치 에너지의 공간적 변화를 나타내는 세 가지 일반적인 등고선 플롯 =120 nN은 각각 그림 9a-c에 나와 있습니다. 그림 9에서 PES(Potential Energy Surface) 맵을 얻기 위해 x 그리고 y 지도. 그림 9에서 Au(111), Au(110), Au(001)에 대해 계산된 에너지 파형은 각각 3.5eV, 66.6eV, 29.1eV입니다. 그림 9a–c에서 검은색 실선(y =0)은 플레이크의 슬라이딩 경로를 표시하는 데 사용됩니다. Au(111), Au(110) 및 Au(001)에 대한 슬라이딩 경로를 따른 그래핀-금 상호작용 위치 에너지도 각각 그림 9d–f에 표시됩니다. 그림 9에서 Au(111), Au(110), Au(001)의 슬라이딩 경로를 따른 에너지 주름은 각각 3.5eV, 59.7eV, 29.1eV입니다. 에너지 파형의 진폭은 마찰과 동일한 이방성 효과를 나타냄을 분명히 알 수 있습니다. Au(001) 및 Au(110) 표면의 에너지 주름은 Au(111) 표면의 에너지 주름보다 크며 Au(110) 표면의 에너지 주름이 가장 큽니다. 따라서 이것은 슬라이딩 과정에서 마찰의 상당한 이방성 효과를 명확하게 설명합니다[45,46,47]. 그래핀-기질 상호작용 강도(에너지 주름)가 감소함에 따라 마찰력이 감소한다는 발견은 MD 시뮬레이션[16] 및 QCM 실험[17]과 일치합니다.
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L에서 Au(111), Au(110) 및 Au(001) 표면에 대한 위치 에너지의 등고선 맵 =120 nN은 a에 표시됩니다. –ㄷ , 각각. 5.8nm 정방형 그래핀 플레이크를 채택했습니다. a에서 –ㄷ , 검은색 실선(y =0)은 플레이크의 슬라이딩 경로를 표시하는 데 사용됩니다. Au(111), Au(110) 및 Au(001) 표면의 슬라이딩 경로를 따라 그래핀-금 상호작용 위치 에너지도 d에 표시됩니다. –f , 각각. 위치 에너지의 단위는 eV입니다. L에서 플레이크의 평균 높이 Au(111), Au(110), Au(001) 표면의 =120nN은 각각 2.36Å, 2.1Å, 2.17Å입니다.
실제 실험 조건과 더 잘 일치하기 위해 y에서 그래핀의 이동 제약 없이 슬라이딩 마찰의 MD 시뮬레이션을 추가로 수행했습니다. 이 경우 플레이크는 y 방향으로 회전하고 이동할 수 있습니다. 방향. 그림 10은 1344개의 원자로 구성된 5.8nm 크기와 정사각형 모양의 그래핀 플레이크에 대한 다양한 수직 하중에서 슬라이딩 거리의 함수로 마찰력을 보여줍니다. 마찰력의 값이 변경되었지만 마찰력은 그림 2와 유사한 명백한 스틱-슬립 동작인 급격한 하락에 따라 지속적인 증가를 경험함을 알 수 있습니다. 마찰력은 예상대로 하중과 함께 증가합니다. 우리는 또한 2.0nm(N =160개 원자) 및 10.0nm(N =3936 원자) y에서 그래핀의 이동 제약 없이 방향. 슬라이딩 과정 동안 다양한 플레이크 크기에 대한 마찰력과 평균 마찰력의 변화는 그림 11에 나와 있습니다. 그림 3과 유사하게 2.0nm 및 10nm 플레이크 모두에서 명백한 스틱-슬립 마찰을 관찰합니다. 또한 원자당 평균 마찰력 F에는 크기 효과가 있습니다. 프릭 /N, 그림 11c 참조. 동일한 하중에서 원자당 평균 마찰력 F 프릭 /N은 마찰의 크기 효과의 전형인 작은 플레이크에 대해 더 큽니다. 전반적으로, 우리는 y를 사용한 마찰 과정의 MD 시뮬레이션의 주요 결과가 - y에서 그래핀 플레이크의 움직임 제약을 완화한 후에도 플레이크 제약의 방향 움직임이 여전히 유지됨 슬라이딩 중 방향.
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다양한 수직 하중(L)에서 슬라이딩 거리의 함수로서의 마찰력 ) y에서 그래핀의 이동 제약이 없는 마찰 과정 방향. 플레이크는 5.8nm 크기의 정사각형 모양입니다. 여기서 a0(=9.99 Å)은 슬라이딩 방향을 따른 Au(111)의 격자 간격입니다.
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y에서 그래핀의 이동 제약 없이 마찰 과정에 대한 다양한 플레이크 크기에 대한 마찰력 및 평균 마찰력의 변화 방향. 2.0nm(N)에 대한 슬라이딩 거리의 함수로서의 일반적인 마찰력 =160개 원자) 플레이크(a ) 및 10nm(N =3936개의 원자) 플레이크(b ). ㄷ 원자당 평균 마찰력(F 프릭 /N) 원자당 하중(L/N)의 함수입니다. 여기서 a0(=9.99 Å)은 슬라이딩 방향을 따른 Au(111)의 격자 간격입니다.
이 연구에서 분자 역학 시뮬레이션은 단일 결정질 금 기판 위의 모바일 그래핀 플레이크의 슬라이딩 마찰 거동을 조사하기 위해 사용됩니다. 플레이크 크기, 플레이크 모양, 상대 회전 각도 및 기판의 결정 방향의 영향을 철저히 연구합니다. 마찰 거동에 크기 효과가 있음을 알 수 있습니다. 동일한 하중에서 원자당 평균 마찰력 F 프릭 /N은 더 작은 그래핀 플레이크에 대해 더 큽니다. 또한 플레이크 모양이 마찰 과정에서 중요한 역할을 한다는 것도 발견되었습니다. 원자당 평균 마찰력 F 프릭 정사각형 플레이크의 /N은 삼각형 및 원형 플레이크의 것보다 훨씬 큽니다. 또한 원자당 평균 마찰력 F 프릭 삼각형 플레이크의 /N이 가장 작습니다. 우리는 또한 Au 기판에 대한 그래핀 플레이크의 방향 효과가 마찰을 결정하는 데 중요하다는 것을 발견했습니다. 안락의자 방향을 따라 미끄러지는 그래핀 플레이크의 마찰력은 회전하는 플레이크의 마찰력보다 훨씬 큽니다. 초저 마찰력은 θ =15° 및 θ =45°인 플레이크에서 관찰될 수 있습니다. 또한, 마찰력은 θ =30°, 60° 및 θ =90°인 플레이크의 회전 각도가 클수록 더 커집니다. 또한, 마찰은 상당한 이방성 효과를 나타내는 것으로 밝혀졌다. Au(001) 및 Au(110) 표면의 마찰력은 Au(111) 표면의 마찰력보다 크고 Au(110) 표면의 마찰력이 가장 큽니다. 이러한 마찰의 이방성 효과는 위치 에너지 주름의 이방성 효과에 기인합니다. 이러한 결과는 금 기판에서 그래핀 플레이크가 미끄러지는 기본 메커니즘에 대한 통찰력을 제공할 뿐만 아니라 나노규모 그래핀 기반 장치의 설계 및 제조에 지침이 될 수 있습니다.
나노물질
초록 이 논문에서는 열 및 진동 보조제가 결합된 하이브리드 가공 공정 중 절단 메커니즘을 조사하기 위해 분자 역학 시뮬레이션을 수행합니다. 하나의 진동 주기에서 재료 제거 거동과 표면 아래 손상 형성을 연구하기 위해 수정된 절단 모델이 적용되었습니다. 결과는 하이브리드 가공 공정 동안 지배적인 재료 제거 메커니즘이 단일 진동 주기에서 압출에서 전단으로 변환될 수 있음을 나타냅니다. 절단 온도가 증가함에 따라 크랙의 발생 및 전파가 효과적으로 억제되고 지배적인 재료 제거 메커니즘이 전단될 때 팽창이 나타납니다. 하나의 진동 주기에서
초록 나노 절단 공정 중에 단결정 갈륨 비소는 제품의 성능에 큰 영향을 미치는 다양한 표면/표면 아래 변형 및 손상에 직면합니다. 이 논문에서는 표면 및 표면 아래 변형 메커니즘을 조사하기 위해 갈륨 비소에 대한 나노 절단의 분자 역학 시뮬레이션을 수행했습니다. 전위는 가공된 지하 표면에서 발견됩니다. 상 변형 및 비정질화는 배위수를 통해 연구됩니다. 결과는 절단 프로세스 동안 조정 번호가 5인 중간 단계의 존재를 나타냅니다. 전위에 대한 영향을 조사하기 위해 절단 속도가 다른 모델이 설정되었습니다. 전위 유형 및 밀도에 대한 결
