陈星源 黄瑶 彭倚天

(东华大学机械工程学院, 上海 201620)

六方氮化硼(hexagonal boron nitride, h-BN)因其良好的润滑性和绝缘性, 在微纳机电系统中有巨大的应用潜力.本文通过基底刻蚀的工艺, 在SiO2/Si基底上制备了微孔阵列, 然后将h-BN转移到微孔基底上形成悬浮结构, 利用原子力显微镜研究电场对悬浮h-BN摩擦特性的影响.结果表明: 悬浮状态的h-BN的表面摩擦力小于有基底支撑的h-BN的表面摩擦力, 原因是更大的面内拉伸削弱了褶皱效应.电场作用下, 针尖与h-BN之间的静电相互作用增强, 悬浮h-BN表面的摩擦力随偏压的增大而增大, 且正偏压的影响大于负偏压的影响.同时, 在电场下针尖在悬浮h-BN表面的黏滑行为出现单步黏滑向多步黏滑的转变.此外, 与有基底支撑的h-BN相比, 悬浮状态的h-BN受电场的影响更大, 这是由于针尖与基底界面距离的缩小以及基底氧化层的缺失导致静电力增强.本文提出了通过施加外电场来调节悬浮h-BN表面摩擦的方法, 对研究二维材料摩擦特性提供了一定的理论指导.

1 引 言

精密化制造是现代制造业的一个重要的发展方向, 而微纳机电系统由于尺寸的急剧缩小, 比表面积更大, 受黏附和摩擦磨损的影响会更严重[1].传统的液体润滑剂显然不再适用于解决微纳尺度下的润滑问题, 而二维材料由于具有原子级厚度以及优异的润滑性表现出巨大的应用潜力.其中, 六方氮化硼(hexagonal boron nitride, h-BN)具有优异的绝缘和机械特性, 越来越受到关注.因此, 研究h-BN的摩擦特性, 对……