科研進(jìn)展
蘭州化物所摩擦性能高通量計算獲系列進(jìn)展
摩擦研究已深入到電子尺度，并取得了許多矚目的研究成果，尤其是壓力誘導超潤滑的提出為實(shí)現超潤滑提供了一種新策略。但固體界面摩擦性能的計算尚未實(shí)現自動(dòng)化和高通量，計算模型構建以及數據后處理浪費了科研人員大量時(shí)間。據估計，計算一個(gè)界面體系摩擦性能耗費的人工操作時(shí)間約60小時(shí)，從而制約了電子尺度摩擦性能的研究。
中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所固體潤滑國家重點(diǎn)實(shí)驗室計算摩擦學(xué)課題組長(cháng)期從事摩擦性能計算研究，并獲得系列進(jìn)展。
2022年，課題組首次搭建了能夠實(shí)現自動(dòng)化建模、計算任務(wù)自動(dòng)提交管理、智能化數據后處理——自動(dòng)提取計算結果、擬合數據、繪制勢能面、搜索最優(yōu)滑動(dòng)路徑、輸出摩擦力、摩擦系數的固體界面摩擦性能高通量計算平臺LICP-FPHTC-Platform，實(shí)現了固體界面摩擦性能的自動(dòng)化、高通量計算（摩擦學(xué)報2022, 42, 493），并為該平臺申請了軟件著(zhù)作權（登記號：2021SR1172689）。
基于固體界面摩擦性能高通量計算平臺LICP-FPHTC-Platform，研究人員與西北工業(yè)大學(xué)、蘭州交通大學(xué)大學(xué)合作，在計算摩擦學(xué)領(lǐng)域取得了系列進(jìn)展，提出了氧化降低金屬玻璃摩擦的機理（Acta Materialia, 2022, 232, 117934）以及弛豫對摩擦計算結果的影響機理（Tribology International, 2022, 173, 107586），構筑了等載和等距摩擦計算結果的轉化橋梁（Materials Today Communications, 2023, 34, 105062）。
近日，基于固體界面摩擦性能高通量計算平臺，研究人員開(kāi)展了摩擦層數依賴(lài)與原子位移以及層間電荷分布間關(guān)聯(lián)的研究，相關(guān)結果對闡明二維材料摩擦層數依賴(lài)的微觀(guān)機制作出了重要貢獻。
摩擦隨著(zhù)層數的增加而減小是2D材料摩擦性能的一個(gè)重要特征。該研究中，DFT計算結果再現了摩擦層數依賴(lài)的實(shí)驗現象，首次在原子尺度上提出了關(guān)鍵見(jiàn)解——除了褶皺效應、電子-聲子耦合和摩擦接觸質(zhì)量之外，原子位置的面內調整是摩擦層數依賴(lài)背后的另一個(gè)關(guān)鍵因素（圖2）。研究發(fā)現，原子位置的面內調整將減少電荷的重新分布，進(jìn)一步減少層間的摩擦，這應該是其導致摩擦隨著(zhù)層數的增加而減小的物理起源（圖3）。此外，該結果可很好地解釋基底吸附強度對摩擦層數依賴(lài)的影響。
相關(guān)工作以“In-plane adjustment of atomic positions and layer-dependent friction in 2D materials”為題發(fā)表在Applied Surface Science(2023, 620, 156810)上。蘭州交通大學(xué)聯(lián)培碩士生何敏娟為該論文第一作者，蘭州化物所何文豪助理研究員和魯志斌研究員為通訊作者。
該研究工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金項目的支持。
