对于Rmax=5?模型 ， 在13和37GPa压力负载下有两个拐点 。 第一个拐点与C60分子形状的变化有关 ， 类似于前两个案例所描述的变化 。 如图3（g）所示 ， 在13GPa之前 ， 靠近粗糙表面波峰的C60分子具有扭曲的扁球体形状 。 在13GPa之后 ， 这些变形的C60分子进一步将其形状改变为具有近乎平坦表面的不对称扁球体 。 图5给出的c参数随应力的演变表明c的值在几乎恒定时从10GPa迅速下降到15GPa 。 这与图2(c)所示的应力-应变曲线中的拐点非常吻合 。 图3显示大的Rmax=5?在C60分子的行之间产生一个间隙 ， 即分子集中在表面粗糙度谷中 。 Rmax=5?模型的第二个拐点 ， 如图2(c)所示 ， 是C60分子机械行为的真实屈服点 。 超过37GPa载荷 ， 塑性变形以石墨烯层和C60分子之间以及C60分子之间的键的形式产生 ， 如图3（i）所示 。 图2(c)中的卸载曲线显示了一个有趣的行为 。 在最终的50GPa压缩状态下 ， 两个石墨烯层与金刚石板形成大量键 。 特别是底部石墨烯与高度粗糙的底部金刚石板形成键 ， 永久改变其形状 。 其结果是图2(c)所示的特殊卸载应力应变曲线 。 由于底部石墨烯层与粗糙底部金刚石板的永久结合 ， 最终的卸载状态具有负应变 。
3.2.滑动模拟的摩擦学特性
在表征不同载荷下的松弛结构后 ， 我们通过在每个载荷值下执行滑动模拟来评估摩擦学特性 。 从不同的模拟计算的摩擦力和系数如图6所示 。 出于说明目的 ， 补充数据中提供了两个动画电影 ， 描述了Rmax=2.5?粗糙表面在18GPa的摩擦模拟 。
其中一部影片说明了此处在T=300K时执行的模拟 ， 而另一部影片则从T=300K开始 ， 并显示了如果热量没有消散 ， 温度可能会升高 。 下面我们描述每个Rmax值下的摩擦模拟 。
图6.不同夹层模型的摩擦力和摩擦系数 。 Rmax=0、2.5和5?粗糙度模型的数据分别显示在(a)–(b)、(c)–(d)和(e)–(f)中 。
3.2.1.表面粗糙度Rmax=0?
对于Rmax=0? ， 如图6（a）和（b）所示 ， 在33GPa之前 ， 石墨烯/C60/石墨烯夹层结构的摩擦系数是超低的 ， 即始终低于0.01 。 在0到8GPa的负载压力范围内 ， 模拟结果表明摩擦力大致恒定在~0.2nN 。 由于摩擦系数计算为摩擦力与负载压力的比值 ， 因此产生的摩擦系数有效地下降到~8GPa 。 为了验证不同C60分子的排列对摩擦特性的可能影响 ， 我们在滑动模拟过程中跟踪它们的排列 。 整个系统在18GPa时的结构快照如图9（a）所示 。 相应的图9(b)显示C60分子在热振动和滑动摩擦的影响下随机旋转时保持排列 。 因此 ， C60分子的排列对显示的摩擦没有影响 。 在33GPa后 ， 摩擦系数随应力线性增加 ， 在50GPa负载下约为0.036 。 这种现象与前面讨论的C60分子的形状和变形模式的变化有关 。 当扁球体形状的顶部和底部变平时 ， 由于石墨烯和C60分子之间的接触面积增加 ， 摩擦力增加 。 两种摩擦状态之间的交叉由摩擦力的拐点（图6（a））和摩擦系数（图6（b））表示 ， 作为压力载荷的函数 。
3.2.2.表面粗糙度Rmax=2.5?
对于Rmax=2.5? ， 超低摩擦状态（μ<0.01）一直延伸到P=14GPa 。 从15GPa开始 ， 摩擦系数相当线性地增加到33GPa时的0.02左右 ， 尽管伴随着由C60分子的各向异性变形引起的一些波动 。 从34GPa开始 ， 新的键开始产生 ， 摩擦力和系数急剧上升 。
如图7(a)所示 ， 对于Rmax=2.5?的情况 ， 石墨烯/C60/石墨烯夹层结构在12GPa的早期就开始在不同部分之间产生键 。 然而 ， 金刚石板和石墨烯层之间产生的初始键不影响摩擦系数 。 石墨上的高压实验表明 ， 在17GPa下产生了新的键 ， 与此处的压力负载范围一致 。 整个系统在18GPa时的结构示意图如图9(c)所示 。 相应的图9（d）表明C60分子在热振动和滑动摩擦的共同作用下随机旋转时几乎保持其初始排列 。 因此 ， C60分子的排列对显示的摩擦影响很小 。 从19GPa开始存在的C60分子之间的键也不会影响摩擦 。 尽管如此 ， 摩擦力和摩擦系数受到C60分子、石墨烯层和金刚石之间同时产生的键的强烈影响 ， 通过共价键连接整个结构单元 。 从图7(a)中可以看出 ， 这开始发生在34GPa ， 这解释了图6(c)和(d)所示摩擦曲线中的峰值 。
图7.对于粗糙度模型Rmax=2.5 (a)和5? (b) ， 不同基团之间的键数作为施加应力的函数 。（可以在线查看此图的彩色版本 。 ）
【宇宙大爆炸|用于逼真粗糙表面的石墨烯/C60/石墨烯涂层的超低摩擦】3.2.3.表面粗糙度Rmax=5?
对于Rmax=5? ， 计算的摩擦系数在低压范围内的超低摩擦范围内（μ<0.01） ， 直到P=8GPa ， 如图6（f）所示 。 从9GPa到21GPa ， 摩擦系数线性增加 ， 达到0.02 。 因此 ， 图8（d）显示Rmax=5?的C60体积应变在9GPa处具有拐点 。 这表明变形最大的C60分子 ， 已经是扁球体形状 ， 在此之后开始以更快的速度变形 。 虽然C60分子的变形模式是解释应力-应变曲线的关键因素 ， 但变形率（半径和体积应变）决定了摩擦系数的变化 。 如图5（b）所示 ， 在12GPa后 ， 变形最大的C60分子转变为具有近乎平坦表面的不对称扁球体 ， 即c值几乎变为常数 。 然而 ， 这种变形模式的变化对摩擦系数没有显着影响 ， 只能参考C60扁球体形状的变形率来解释 。 图9(e)显示了系统在18GPa时的结构图 。 相应的图9（f）表明 ， 在该载荷下 ， C60分子在热振动和滑动摩擦的作用下随机旋转时 ， 显示出分子在粗糙峰周围的分裂排列 。 因此 ， 除了形状变形的影响之外 ， C60分子的排列和C60膜中的不均匀负载分布也与它们相对较大的摩擦系数（~0.02）有关 ， 与Rmax=0?的情况（~0.0075）相比在这个负载 。
推荐阅读
- 美科学家发现：银河系旋臂已发生“断裂”，银河系是否正在解体？
- 宇宙大爆炸理论遭质疑，宇宙或许没有起点，历史可能无限久远？
- 除了黑洞还有白洞？爱因斯坦：白洞是黑洞的反演，能穿梭时间
- “黑洞很黑，我想去点亮”
- 一百多颗恒星“消失”，是什么原因？科学家怀疑是外星文明干的
- 天文学家在银河系附近发现一个古怪的黑洞，所在之处令人难以理解
- 天文学家对银河系中心进行“考古发掘”，结果发现了一条笔直的线
- 微波技术在许多的量子平台上无处不在，并且可以精确控制和读出量子态
- 天文学家拍到一条巨大的“DNA双螺旋体”，与时空奇点相连
- 人类伟大的进步！黑洞碰撞传出神秘信号，或证明霍金最伟大的预测