1105 / 2023-03-06 10:30:43

固体界面摩擦的电子水平产生机理

摩擦的本征来源是摩擦学基础研究的核心科学问题，固体界面的摩擦接触最终溯源于跨界面原子间的相互作用，其电子耦合行为是产生摩擦的基础。因此，认识跨界面电子耦合规律是理解摩擦来源的关键内容，但目前在电子层面对摩擦发生机理缺乏普适性描述。这里我们使用密度泛函理论计算研究了从范德华界面、金属界面、离子键结合、共价界面沿滑动路径的能量与电子行为演化，建立了电子密度随接触构象沿滑动路径描述能量演化的量化分析方法。结果表明，如图所示，对上述体系，摩擦过程中的能量变化与沿滑动路径的电荷密度同步演化，体现了摩擦耗散对电子演化存在明显的线性依赖。该线性系数反映了摩擦过程能量耗散对电子密度的响应幅度，能够解释剪切强度概念的物理本质。因此，当前电荷演化模型能够可能在电子层面解释摩擦产生的内在根源，对摩擦力与真实界面面积成正比的经典假设给出基于电子层面的认识，为纳米机械设备的科学设计提供理论指导。相关成果以Charge Density Evolution Governing Interfacial Friction为标题发表于Journal of the American Chemical Society。