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低能离子束轰击对石墨烯摩擦学行为的影响

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层状物固体润滑薄膜(过渡金属二硫化物或石墨烯)是固体润滑薄膜中最常用的形式。随着功能化表面整合趋势的发展，单功能薄膜已不能满足多功能应用的需要。 对于具有动态接触模式的许多机电装置，包括连接器，继电器和开关等，急需一些具有优异性能的润滑和导电双功能薄膜。其中研究最广泛的是石墨烯， 可以考虑将石墨烯用于下一代电子设备和MEMS。离子束轰击技术可以使零带隙的石墨烯打开能带，呈现出优异的润滑/导电双功能。因此，本文利用机械剥离法制备不同层数（1-8层）的石墨烯，研究了不同能量下（50eV、75eV）Ar+轰击后不同层数石墨烯的超滑失效行为。结果表明，轰击后的石墨烯超滑失效，并且摩擦力发生突变。这是由于轰击后石墨烯产生的表面位错、空位缺陷，造成了摩擦增大的现象。这些缺陷可能有助于增加石墨烯表面的极性，使得石墨烯表面黏附增加，探针在横向移动时的阻力增大。导致了轰击后的石墨烯摩擦系数增加。同时，石墨烯的摩擦层数依赖性会消失。轰击后的单层石墨烯的摩擦力小于多层石墨烯。石墨烯的摩擦对层数的依赖性减弱，缺陷对石墨烯的摩擦起主导作用。这可能是由于未处理的单层石墨烯弯曲刚度最小，粘着褶皱效应最明显，因此摩擦力最大。在离子轰击过程中，可能有部分离子进入单层石墨烯和基底之间，增大了石墨烯和基底的粘附效应。对于多层石墨烯，只是破坏其表面的结构，产生大量缺陷，进而影响其摩擦性能。