【AM寧波材料所建所20周年?？繉嶋H環(huán)境中二維潤滑材料的精確模擬：從經(jīng)典力學到量子力學方法
石墨烯、二硫化鉬、六方氮化硼等二維材料在固體潤滑領域具有廣泛的應用以及巨大的潛力，表現(xiàn)出優(yōu)異的低摩擦和抗磨損性能。然而，由于摩擦過程是典型的表界面現(xiàn)象，二維材料的潤滑性能在很大程度上取決于周圍環(huán)境，如溫度、應力、濕度、氧氣等實際因素。并且這些環(huán)境因素與材料的微觀相互作用表現(xiàn)出實時和原位的特征，常常涉及到原子以及電子級的復雜演變過程，對實驗精細檢測造成巨大挑戰(zhàn)。隨著近年來超級計算機的蓬勃發(fā)展，計算模擬在揭示材料微觀摩擦行為以及設計先進潤滑材料中起到越來越重要的作用，未來也將是完善材料環(huán)境潤滑服役基礎理論，全面實現(xiàn)環(huán)境適應性潤滑涂層可控制備的重要研究手段。
在本工作中，中國科學院寧波材料技術與工程研究所研究人員從基礎的經(jīng)典摩擦理論分析模型出發(fā)，系統(tǒng)總結了當前摩擦學研究中各類經(jīng)典力學和量子力學計算模擬方法，并分析了眾多典型研究案例，比較了不同二維材料環(huán)境敏感性的差異以及內在機理。通過對不同模擬方法進行對比，強調了量子力學方法在研究涉及復雜電子級動態(tài)演變過程的環(huán)境潤滑問題時的關鍵作用。在回顧前人模擬模型的同時，提出了一種基于從頭算分子動力學和路徑積分的滑動摩擦界面模擬方法，并在經(jīng)典MoS2體系中全面驗證了該方法的有效性和精確性，為準確揭示摩擦機理以及潤滑材料設計提供了更多可能。且考慮到量子力學方法受限于計算速度的問題，引入了實時學習的機器學習勢函數(shù)方法，以有效處理摩擦過程可能涉及的化學反應以及磨損現(xiàn)象。對理論研究方法的系統(tǒng)總結和前景展望，將有助于進一步深入揭示潤滑體系摩擦微觀機理，為全面理解材料環(huán)境服役行為和構效關系奠定理論基礎。
相關工作發(fā)表于Advanced Materials（Adv. Mater. 2024, 36, 2312429）。寧波材料所海洋關鍵材料重點實驗室博士后郝宇為論文第一作者，寧波材料所前沿交叉科學研究中心黃良鋒研究員和海洋關鍵材料重點實驗室王立平研究員為論文的共同通訊作者。該工作得到了國家自然科學基金（U21A20127、22272192）、國家重點研發(fā)計劃（2022YFB3402803）、中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項（XDB0470103）以及中國博士后科學基金（2023M743624）的支持。
當前摩擦學理論模擬方法發(fā)展
（海洋關鍵材料重點實驗室）
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