計(jì)算摩擦學(xué)是研究與調(diào)控摩擦行為的新途徑。然而,若使用不精確的計(jì)算模型,所得結(jié)論或無(wú)法為摩擦學(xué)發(fā)展增添助力,甚至可能增加對(duì)摩擦現(xiàn)象基礎(chǔ)物理機(jī)制理解的困惑。為更準(zhǔn)確地描繪摩擦現(xiàn)象全貌,探索摩擦現(xiàn)象的物理本質(zhì),亟需建立科學(xué)、標(biāo)準(zhǔn)的靜態(tài)摩擦性能計(jì)算模型。
近日,中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所研究員魯志斌和助理研究員何文豪團(tuán)隊(duì),聯(lián)合蘭州交通大學(xué)等的科研人員,利用自主搭建的固體界面摩擦性能第一性原理高通量計(jì)算平臺(tái)LICP-FPHTC-Platform ,考慮等距模型、等載模型、無(wú)負(fù)載做功的等載模型三種靜態(tài)摩擦性能計(jì)算模型,針對(duì)已報(bào)道的負(fù)摩擦系數(shù)的二維材料界面體系即Gr/Gr、h-BN/h-BN、In2Se3/In2Se3,探討了摩擦性能的計(jì)算結(jié)果對(duì)計(jì)算模型的依賴情況。結(jié)果表明,只有無(wú)負(fù)載做功的等載模型出現(xiàn)了文獻(xiàn)報(bào)道的負(fù)摩擦系數(shù)現(xiàn)象,而等距模型和等載模型的摩擦計(jì)算結(jié)果定量一致。
該研究通過等載與等距滑動(dòng)過程中界面受力分析并結(jié)合能量守恒原理發(fā)現(xiàn),忽略負(fù)載做功的無(wú)負(fù)載做功的等載模型在理論上存在根本性缺陷,而等距模型和等載模型可作為靜態(tài)摩擦性能計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)模型。這提示已報(bào)道的基于無(wú)負(fù)載做功的等載模型計(jì)算得到的負(fù)摩擦系數(shù)現(xiàn)象或是不精確計(jì)算模型的錯(cuò)誤結(jié)果。
相關(guān)研究成果以Potential Negative Friction Coefficient Predicted by First Principles: A Possible Consequence of Inaccurate Computational Models為題,發(fā)表在《物理評(píng)論B》(Physical Review B)上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)和中國(guó)科學(xué)院的支持。
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