凝聚态物理 > 材料科学
[提交于 2025年7月10日
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标题: 硼烯的超润滑性:与hBN的摩擦学性能比较
标题: Superlubricity of Borophene: Tribological Properties in Comparison to hBN
摘要: 二维材料的摩擦学性能使其成为在宏观尺度上减少摩擦的良好候选材料。石墨烯、MoS\textsubscript{2}和 MXenes 以及六方氮化硼(hBN)已被观察到具有超润滑性,hBN 被用于减少或调节摩擦,但其他材料也被研究作为低润滑应用的潜在候选材料。具体来说,预测硼烯具有超低摩擦。在这里,我们实验研究了硼烯的摩擦特性,并使用硼烯-hBN 横向异质结构直接比较这两种互补二维材料的摩擦学性能。特别是,我们研究了滑动探针与 (i) Ir(111) 上弱起伏的$\mathcal{X}_6$-硼烯层或 (ii) 具有强起伏莫尔重构的 hBN/Ir(111) 超晶格结构之间的摩擦。我们的实验研究在室温下超高真空环境中进行,并结合普朗特-托姆林森(PT)模型计算,证实了预测的硼烯超润滑性,而 hBN 虽然表现出较高的摩擦,但仍被确认为低摩擦材料。第一性原理计算表明,相对于 hBN,$\mathcal{X}_6$-硼烯的较低摩擦可以通过较弱的探针/表面相互作用来解释。此外,我们通过扫描探针技术评估了硼烯和 hBN 的结构和电学性质,并比较了它们在振荡探针下的耗散情况,以研究摩擦过程中可能的能量耗散路径。我们的研究展示了硼烯的低摩擦特性,以及横向异质结构研究在直接比较这些二维材料特性方面的潜力。
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