1142 / 2023-03-13 22:19:54

临界载荷诱发BP/degraded Cu界面的“超滑”行为

基于第一性原理，黑磷(BP)与Cu(111)界面具备较好的结合力，是微/纳机电系统的良好选择。然而，Cu基底的氧化和磨损是不可避免的，可能导致BP/Cu(111)、氧化界面BP/CuxOy(y≠0)、磨损界面BP/CuxOy(y≠0)共存，影响摩擦学性能。BP/Cu(111)具备超低摩擦性能，但BP/CuxOy(y≠0)导致摩擦学性能退化12.5倍。而BP/CuxOy(y≠0)一定程度上恢复了摩擦学性能2.5倍。令人兴奋的是，在BP/CuxOy(y=0，y≠0)的正/负载荷区域出现结合能交叉(临界载荷)现象，这诱发了理论 “超滑”行为。这主要源于临界载荷(Z_High/Z_Low)下势能面的平坦化，由静电作用主导。值得注意的是，BP/CuxOy(y≠0)的“超滑”临界载荷与界面磨损临界载荷存在竞争，仅当前者小于后者时才能实现“超滑”。此外，BP/CuxOy(y≠0)界面磨损一旦发生，将再次呈现超低摩擦BP/Cu(111)界面。综上，BP/CuxOy(y≠0)具有“超滑”和抗磨性能，应用于多种恶劣环境，并作为材料定向设计的重要参考。

关键词：BP；氧化铜；磨损；超低摩擦；超润滑；第一性原理；临界载荷