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sp2纳晶碳膜的原位粘滑摩擦研究

粘滑摩擦是微观摩擦界面的一种常见现象，其存在会导致接触界面不稳定，使摩擦副表现出较差的摩擦磨损特性[1]。目前，透射电子显微镜（TEM）作为原子尺度下原位观测接触界面的有效工具[2]，而不同纳米结构的sp²纳晶碳膜[3]在微观尺度下表现出不同程度粘滑摩擦，其机理尚不明确，因此本研究通过原位和非原位的方式研究了两种不同纳米结构sp²纳晶碳膜的粘滑摩擦特性。原位TEM观测下的纳米刻划测试表明，粘着和滑动阶段来源于剪切应力和塑性变形。在粘着阶段，剪切应力随接触强度的增加而逐渐增加，直至达到打破界面粘附的剪切强度；在滑动阶段，剪切应力减小并发生塑性变形。所以在纳米刻划过程中，粘附变形会导致大幅度的粘滑过渡，而犁形变形的粘滑过渡更平滑。此外，在非原位下，对不同照射能量的一系列sp²纳晶碳膜进行的纳米刻划测试表现出了同样的粘滑摩擦行为，与原位结果相符。本研究首次通过原位TEM观测阐明了粘滑摩擦机理，这对于sp²纳晶碳膜在微纳尺度上的应用具有重要的意义。