机械剥离折叠石墨烯粘附与纳米摩擦性质

本文用原子力显微镜研究了空气和氮气两种不同气氛环境下的机械剥离石墨烯粘附力,发现氮气环境下的粘附力更小,且石墨烯边缘的粘附力比内部区域大.在氮气环境下探究了折叠石墨烯粘附力与层数的关系及其摩擦性能,结果表明粘附力与折叠石墨烯层数无明显关系,折叠石墨烯各区域的摩擦性能都远超二氧化硅基底,且单层、单层上折叠、双层以及双层上折叠区域的摩擦系数依次降低,分别为0.049,0.031,0.023和0.021,摩擦力也依次降低,折叠处由于层与层之间的结合力弱于相同层数的石墨烯,摩擦性能有所降低,但未发现粘附力与摩擦力之间的明显关系.在采用尖针和球针测量粘附力时,测量历史不会对后续粘附力产生明显影响.对空气环境下出现的新鲜折叠石墨烯的研究表明新鲜折叠石墨烯的折叠区域摩擦力较未折叠区域显著增大.     

基于滑动势能面的二维材料原子尺度摩擦行为的量化计算

近年来,二维材料优异的摩擦特性成为人们关注的焦点,然而目前缺乏理论上对其摩擦力进行快速、有效、精确的计算预测方法.本文提出采用密度泛函理论计算真实体系的滑动势能面,利用得到的"数值型势能面"替代传统的解析势函数,并结合Prandtl-Tomlinson模型,量化求解具有复杂形状势能面的真实二维材料体系的摩擦行为.基于该方法,揭示了原子力显微镜实验中观察到的石墨烯Moire纹超晶格结构的双周期"黏-滑"摩擦现象;理论预测了二维材料异质结构的层间超低摩擦现象,相对于同质材料,其静摩擦力和滑动摩擦力均成数量级降低,发现势能面起伏和驱动弹簧刚度均会影响层间相对滑动路径,进而对层间的摩擦行为产生影响.该方法同样可拓展到其他van der Waals作用主导的界面摩擦体系.     

温度对微界面摩擦影响的研究

以微观界面摩擦为研究对象,分析了温度变化对材料摩擦性能的影响.基于Towle剪切强度-温度经验公式和晶格热动力学理论,推导出摩擦力与温度之间的理论计算公式.理论分析表明:当界面温度低于材料的德拜温度时,摩擦力随着温度的增加而降低.理论计算结果与原子力显微镜实验结果对比,发现二者趋势一致,表明本文提出的理论和方法可行. 关键词： 界面摩擦 真实接触面积 温度 摩擦力     

超声振动对摩擦力的影响

超声振动的应用十分广泛,关于超声振动对摩擦力的影响这个问题,已引起国内外许多学者的注意。本文对其进行了实验和理论研究。在超声振动条件下,以理论计算为基础,通过摩擦实验,得到了几种材料的超声振动摩擦特性,并且对摩擦力在共振时减小的原因进行了初步的理论分析。此外,由实验证明,碳化钨与４５＃钢组成的摩擦副是用于超声马达的理想材料。     

浅谈摩擦力的电磁本质

浅谈摩擦力的电磁本质孟志坚（杭州市城建工程学校３１００１２）摩擦是一种比较复杂的物理现象．本文以干燥的固体表面的摩擦为例，从微观角度来分析、探讨摩擦力的产生原因及其本质并试阐述一般情况下最大静摩擦力为什么大于滑动摩擦力的机理．两个物体在实际接触区相互...     

对摩擦实验的改进

现行初高中物理课本中有关摩擦实验的效果总不理想,主要存在三个问题: 1.初中物理课本关于滑动摩擦与滚动摩擦的两个演示实验和研究滑动摩擦的学生实验,都是在测力计拉着滑块运动时测量摩擦力的。只有手对测力计拉力保持水平且恒等于滑动摩擦力(或滚动摩擦力)时,滑块才能匀速运动,测力计示数才等于摩擦力。然而手拉测力计的力一般很难做到既保持水平又恒等于摩擦力,测力计也就很难有一个确定的示数。     

掺硅类金刚石薄膜摩擦过程的分子动力学模拟

掺硅类金刚石(Si-DLC) 薄膜表现出优异的摩擦学性能, 在潮湿空气和高温中显示出极低的摩擦系数和很好的耐磨性, 但是许多实验表明Si-DLC膜的摩擦性能受其硅含量的影响很大. 因此, 本文采用分子动力学模拟的方法分别研究干摩擦和油润滑两种情况下不同硅含量的Si-DLC膜的摩擦过程. 滑移结果表明干摩擦时DLC膜和掺硅DLC膜之间生成了一层转移膜, 而油润滑时则为边界膜. 因此干摩擦时的摩擦力明显大于油润滑时的摩擦力. 少量添加硅确实能降低DLC膜的摩擦力, 但是硅含量大于20%后对DLC膜的摩擦行为几乎无影响. 干摩擦时硅含量对转移膜内键的数量影响很大, 转移膜内CC键和CSi键都先增加后减少, 滑移结束时几乎不含CSi键.     

关于摩擦力讲授的拓展

摩擦是实际生活和生产中的一种常见现象,摩擦力这部分知识也是力学教学中的一个重要内容,但许多普通物理教材中只是给出了摩擦定律的内容,并未作进一步的讨论.我们在课堂教学中作了适当拓展,简单介绍摩擦力的产生机理以及实际工业生产中关于摩擦、磨损的知识,对激发学生的学习兴趣,加深他们对课本知识的理解起到了良好效果.     

涂覆聚甲基丙酸甲酯的磁性膜外磁场作用下的往复滑动摩擦行为研究

磁性材料被广泛应用于磁记录和磁润滑等领域,聚甲基丙烯酸甲酯因其良好的介电性,能够用作磁性材料的表面涂层.本文对外磁场作用下,外加载荷和磁场强度对往复滑动的聚甲基丙烯酸甲酯/磁性薄膜双膜系摩擦性能的影响开展了研究.实验结果表明:聚甲基丙烯酸甲酯/磁性双膜体系的摩擦性能随载荷和磁场强度改变而变化;但在干摩擦和硅油润滑两种模式下,磁场对其摩擦学性能的影响规律不同.理论分析了磁场作用下磁场诱发的磁性力与摩擦副物理性质变化对摩擦力和摩擦系数的影响,与实验结果符合良好.研究结果为磁性薄膜的界面介质设计与控制提供了依据.     

基于耦合振子模型的摩擦力计算研究

以界面摩擦为研究对象,探讨了基于耦合振子模型(coupled-oscillator model)的滑动摩擦微观机理,分析了滑动过程中的能量耗散问题. 采用Maugis-Dugdal接触模型替代界面摩擦中的Lennard-Jones势能,并将该模型融入耦合振子模型之中,通过计算振子在一个周期内的能量增加值,推导出了界面摩擦力的理论计算公式. 理论分析表明,对于探针-试样接触系统,滑动摩擦力近似随着法向载荷的2/3次方增加,这与纳米摩擦学经典理论是相符的.理论计算结果与超高真空原子力显微镜镀铜探针在Cu(111)晶面扫描实验结果符合良好,表明本文提出的理论和方法可行. 关键词： 耦合振子模型 界面摩擦 摩擦力 法向载荷     

在纳米量级上电荷分布的镶嵌模型

每一个中学生在学物理时都知道，将气球在自己的头发上摩擦一下，或者将两个非导体材料相互摩擦后，都会在两个物体的表面上各自产生正、负静电荷．这个过程在形式上是涉及接触充电的问题．对这个问题，长期来在理论处理上一直是假设两个接触材料的表面的特性是空间均匀的，接触后表面电荷的空间分布也是均匀的．如果这个假设是正确的话，那么两个相同材料相互摩擦后，表面电荷应该没有任何的变化．     

十字环型左手材料单元结构设计与仿真

提出了一种新型十字环型左手材料结构单元.该结构只需在介质板单侧蚀刻, 即可在二维方向上产生等效负介电常数和等效负磁导率.通过理论分析, 提出场-路结合的等效源分析法以计算等效介电常数、磁导率, 并据此对十字环型结构单元的左手特性激发机理进行了论证. 后采用Nicolson-Ross-Weir 等效参数法提取了十字环型单元阵列的相对介电常数和相对磁导率, 并通过棱镜实验对材料的负折射特性进行了验证.实验表明, 该左手材料在6.8-6.9 GHz频段具有二维入射左手特性. 此种左手材料制作工艺相对简单, 为左手材料在微波器件领域的应用提供了一种较为实用的设计方案.     

摩擦力作功与功能原理

引言 物体m在地面上滑动时,地面作用在m上的摩擦力是否作功?m作用在地自上的摩擦力是否作功?摩擦生热,是哪个摩擦力生热?还是两个摩擦力都生热?这些问题,一般普通物理书上很少讲。这里谈一下我个人的意见。另外,还谈一下与此有关的功能原理。 一、功的定义和意义 为了说明问题,我们先把功的定义和意义讲清楚。 1.功的定义 力F的作用点发生位移ds时,F作的功定义为 dW=F、 ds( l)在这个定义式中。ds是F的作用点的位移,这一点有些普通物理书上讲到了,但很多普通物理书上都没有说清楚,只笼统地说是位移,甚至有的书上说成是物体的位移。 还应指…     

冲击作用下的摩擦力效应实验研究

针对摩擦力效应产生的机理, 本文设计了三种不同尺寸的试件进行SHPB实验, 得到了摩擦力效应对实验的定量影响, 在此基础上对混凝土的DIF进行了修正研究, 为混凝土抗冲击工程设计提供了参考依据. 关键词： 冲击 混凝土 SHPB 摩擦力     

体操运动为什么用滑石粉

我们多年在物理课堂作业上和新出版的考卷、资料上,遇到在单杠或双杠、举重等运动中,运动员比赛前都要在手上或杠上涂上滑石粉,它的作用是什么这类题,参考答案都是为了增大摩擦力或防滑脱,可是我们通过实验后分析认为此举主要是防接触部位受伤,同时,也有增大摩擦或减小摩擦的作用,理由有以下几点: 一、在举重运动中,如果是为了增大摩擦,在举起沉重而质量很大的杠铃时,这个过程中手腕要改变方向,由于摩擦力大就难以完成或由于转变手腕方向时,有改变运动状态的过程或趋势,而杠铃由于惯性可能要在手中转动,若摩擦力太大,杠就难以转动,它就要改变手的运动状态使任务难以完成,甚至使手被摩起血泡.为了使举杠铃任务顺利完成又不至于使手受伤,用滑石粉应是减小摩擦力.     

纳米水泡的粘附性与滑移性

为什么有些材料的表面出奇地光滑 ,或者说具有反常的粘附性 ,现在可以用存在着 2 0— 30ｎｍ大小的水泡来解释 ,这种水泡称为纳米水泡 .一块疏水性的材料浸没在水中时 ,其表面会形成一层小水泡 .当两块疏水性表面相互接近时 ,粘附在材料表面的纳米水泡就会联结这两块材料 ,而纳米尺度就是它们相互吸引力的力程长度 .另一方面 ,在某些特定材料的表面形成的纳米水泡能使水在该表面非常容易流动 ,即纳米水泡起了一种润滑剂的作用 ,例如现在流行的一种由疏水性材料制成的奥林匹克游泳衣 .对纳米水泡性质的测定具有一定的偶然性 ,因为对它们的检…     

产生静摩擦力的两个物体一定相对静止吗

1提出问题在讲授高中静摩擦力的概念时,许多教师会向学生强调:"受静摩擦力的物体一定是静止的"这种说法是错误的,原因是没有指定参考系,只能根据教材上的摩擦力概念,加上"相对"二字,即"产生静摩擦力的两个物体一定是相对静止的"这才是正确的.但是,汽车在不打滑的情况下,驱动轮所受的摩擦力为静摩擦力,而此时受静摩擦力的物体——汽     

基于双三角形金属条的二维可衍生超材料性能分析

基于两宽金属条中间引入两交叉细长金属线的双三角形结构, 提出了一种新型二维超材料结构.利用HFSS软件对该结构及其衍生结构进行仿真分析, 结果表明: 该类形结构在电磁波垂直和平行两种入射情况下都能实现双负特性, 通过比较分析归纳出该类形结构的一般规律: 电磁波以垂直和水平两种方式入射时, 中间引入的金属线个数每增加一根, 结构的谐振频率向高频方向分别移动0.5 GHz和4 GHz左右.对多维左手材料的发展提供了参考.     

基于超声波微驱动的摩擦改性

提出了一种超声波微驱动摩擦改性的思想。通过激励超声波马达振子的两个对称的夹心式换能器前端头作旋转方向相反的椭圆运动,使摩擦副处于超声波动力润滑状态,同时控制两个夹心式换能器振幅,实现在低速运动时对摩擦力的主动控制达到减小摩擦力的目的。利用气浮导轨、力传感器、低速电机建立了摩擦力模糊控制系统。初步的实验表明,摩擦力大大减小,当振子和负载总质量为3．8kg,电机拖动速度0．5mm/s时,摩擦系数达到0．0053。     

基底支撑刚度梯度变化对石墨烯层间摩擦力的影响

基于纳米摩擦能耗理论,利用分子动力学方法建立了公度接触下支撑刚度梯度变化的石墨烯层间摩擦力模型,分析了基底质心刚度和支撑刚度梯度变化对基底和薄片各接触区摩擦能耗的贡献.结果表明:软边界区始终贡献驱动力;硬边界区贡献的摩擦力最大,且随着支撑刚度的增大,硬边界区对总摩擦的贡献比也越高.各接触区的摩擦力是薄片和基底之间的褶皱势和接触区产生的法向变形差两部分的共同作用.前者是公度接触下阻碍滑移的界面势垒和刚度梯度方向上不同刚度支撑原子热振动引起的势梯度;后者是接触边界过渡区两侧原子的非对称变形和自由度约束突变引起的非平衡边界势垒相耦合的结果.本文对研究公度接触下刚度梯度支撑的纳米器件的相对运动规律有指导意义.