第十五届全国表面工程大会

滑动电接触界面是指在机电系统中的运动部件和静止部件之间传输电流的界面。为了实现低摩擦磨损、低接触电阻的滑动电接触，在摩擦方面，研究了电流对摩擦的调控作用和机理；在电传输方面，研究了范德华界面的电传输机理及接触电导调控手段。在理论研究的基础上，结合高通量第一性原理计算和机器学习方法，设计了高导电-低粘附二维材料界面。具体如下：

首先，针对电流对摩擦调控的微观机理尚不清楚的问题，本文中研究了外加电流下导电原子力显微镜（c-AFM）探针和石墨烯（生长于Ru(0001)上）界面的摩擦调控现象，并结合密度泛函理论和非平衡格林函数法的计算，揭示了电子重分布和电子转移在电控摩擦效应中的重要作用。在此基础上，通过研究大量摩擦系统在外加电场下的电子行为和摩擦特性，将该理论推广至包括二维材料在内的多种导体、半导体和绝缘体摩擦系统，提出了基于电子性质涨落（EPF）的摩擦模型，实现了外加电流下摩擦力的计算¹。

在理论模型的基础上，结合高通量计算结合机器学习方法，面向MEMS开关的应用场景，预测了高导电、低粘附界面。利用密度泛函理论结合非平衡格林函数法（DFT+NEGF），计算了金属、二维材料和金属间化合物组成的数十种异质界面，以此作为训练集，并采用前期提出的原子接触质量^2-4、原子电负性、Registry Index等参数作为描述符，训练了机器学习模型，预测出了依/石墨烯/镍（Ir/Gr/Ni）、依/石墨烯/钌（Ir/Gr/Ru）等高导电、低粘附界面。针对MEMS开关工况的等效模拟实验表明，相比于传统依/钌（Ir/Ru）贵金属界面，Ir/Gr/Ni和Ir/Gr/Ru界面的粘附力可降低50%以上，接触电阻波动可降低2-3个量级。更进一步的，通过扭转石墨烯界面，实现了摩擦系数低至0.0004的高导电载流超滑。
 

机器学习,载流摩擦,界面电子特性