Page 116 - 《摩擦学学报》2021年第5期

第 5 期 钱宇, 等: 基于不同探针作用下石墨烯边界效应的摩擦调控 705

1.5
1.0 (a) 1.0 (b) 2 (c)
Lateral force/nN 0.0 Lateral force/nN 0.5 Lateral force/nN 1 0
0.5

0.0
−0.5
Trace −0.5 Trace −1 Trace
−1.0 Retrace −1.0 Retrace −2 Retrace
0 1 2 3 4 5 0 1 2 3 4 5 0 1 2 3 4 5
Scan distance/nm Scan distance/nm Scan distance/nm

3 3 (d) (e)
0.5
Lateral force/nN −1 1 1 0 0 Lateral force/nN 0.3
2 2
0.4
0.2
−1
−2
−2
Retrace
−3 Trace 0.1
−3
0.0
0 0 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 1 2 3 4
Scan distance/nm Scan region
15 20 20
(f) 15 (g) 15 (h)
10
Lateral force/nN −5 5 0 Lateral force/nN 5 0 Lateral force/nN 10 5 0
10
−5
−5
−10
Trace −10 Trace −10 Trace
−15 Retrace −15 Retrace Retrace
−15
0 1 2 3 4 5 0 1 2 3 4 5 0 1 2 3 4 5
Scan distance/nm Scan distance/nm Scan distance/nm
20 1.6
(i) (j)
15 1.4
Lateral force/nN 5 0 Strengthening degree/ (nN/nm) 1.0
10
1.2
0.8
0.6
−5
−10 Trace 0.4
0.2
Retrace
−15 0.0
0 1 2 3 4 5 1 2 3 4
Scan distance/nm Scan region

Fig. 6 (a～e): Under the action of conical probe [(a～d): The lateral force as a function of scan distance of four regions from the
boundary of graphene to its central, (e) express the friction strengthening degree of four scan regions]; (g～l): Under the action of
spherical probe [(f)～(i): The lateral force as a function of scan distance of four regions from the boundary of graphene to its central,
(j) express the friction strengthening degree of scan regions. The applied load is 50 nN, the thickness of graphene is 0.6 nm
图 6 (a~e)是在锥形探针的作用下[其中(a~d)表示从石墨烯的边界到其中心的4个区域的侧向力与扫描距离之间的关系; (e)
表示摩擦强化程度与扫描区域的关系]; (f~j)是在球形探针的作用下[其中(f~i)表示从石墨烯的边界到其中心的 4 个区域的侧
向力与扫描距离之间的关系; (j)表示摩擦强化程度与扫描区域的关系]. 所施加的载荷为 50 nN，石墨烯厚度为 0.6 nm

E 和ν 分别表示石墨烯的弹性模量和泊松比. 在本文 石墨烯表面的压缩接触区域的面积分别为0.001 8、
s
s
2
中，SiO 微球的弹性模量和泊松比分别为73.1 GPa和 0.001 8、0.001 7和0.001 7 nm 以及0.137、0.138、0.136
2
[32]
2
0.16 ；而石墨烯的弹性模量和泊松比分别为1 000 GPa 和0.136 nm . 由此可见，当探针作用在石墨烯表面的
[10]
和0.15 . 根据公式(2-1)、(2-2)以及(2-3)，当采用锥形 不同区域时，压缩接触区域的面积变化不大.
探针(R=10 nm)和球形探针(R=600 nm)作用于单层石 从图8~9可以看出，当采用锥形探针和球形探针
墨烯表面的不同区域时(从边界到中心位置)，探针与 在单层石墨烯的表面滑动时，主导的变形分别为褶皱