222 / 2021-06-04 22:38:01

应变工程对双壁碳纳米管间结构超润滑的影响

具有纳米尺度的小颗粒作为耐磨涂层复合材料的增强相可有效缓解机车轴承、生物医学及智能制造等机械系统中的摩擦磨损问题。这些纳米颗粒如石墨烯、碳纳米管的润滑性能与其本征摩擦行为密切相关。本文利用分子动力学模拟手段构建了共轴双壁碳纳米管的管间滑移分子模型，研究了一种基于应变工程的方法对管间结构超润滑的促进作用。当沿轴向方向拉伸碳纳米外管时，碳纳米内管在管间相对滑移时所受到的摩擦力从10^-1下降至10^-3 pN/atom的超低摩擦水平，并且应变工程促使的超润滑对碳管手性差异、管间径向间距与内管轴向尺寸的模拟工况不敏感。然而，当碳纳米外管的原子结构存在缺陷时，管间摩擦力随碳纳米外管的轴向应变的增大而上升，表明应变工程在真实润滑条件下对超润滑的影响具有一定的局限性。通过研究碳纳米管的表面势能随轴向应变的变化，发现管间摩擦的结构超润滑可归结于接触界面处形成了固有的失配晶格常数，导致管间公度接触状态过渡到非公度接触状态，且该非公度性与应变大小呈现正相关关系。这项工作不仅加深了研究人员对纳米摩擦学的认识，也拓宽了纳米颗粒增强涂层材料在润滑工业领域中的应用。