納米尺度下非接觸表面間相互作用特性的研究.pdf

1、近年來(lái),隨著材料科學(xué)和微型制造加工技術(shù)的不斷進(jìn)步,微/納尺度器件的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。由于微尺度效應(yīng),微器件或微系統(tǒng)中微構(gòu)件間的相互作用機(jī)理和作用方式不同于宏觀零部件間的相互作用,許多傳統(tǒng)理論已不再適用。非接觸表面摩擦的研究拓寬了傳統(tǒng)接觸摩擦學(xué)的研究范圍,對(duì)顯微鏡分辨率的提高、微小力的測(cè)量以及微/納機(jī)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有重要意義。
　　 本文在明確非接觸表面摩擦研究范圍和意義的基礎(chǔ)上,利用分子動(dòng)力學(xué)方法研究納米尺度下非接觸運(yùn)動(dòng)表面間的相

2、互作用特性,為微/納器件的設(shè)計(jì)和非接觸表面摩擦的深入研究提供理論依據(jù)。
　　 首先,將漲落電磁場(chǎng)作為真空中能量傳輸?shù)闹饕緩?分析了微/納尺度下非接觸表面間存在的范德華作用、Casimir效應(yīng)和熱輻射等三種相互作用的特點(diǎn)。
　　 其次,利用分子動(dòng)力學(xué)方法建立了納米間距的表面模型,研究了相對(duì)接近地非接觸表面間的相互作用特性。結(jié)果表明,當(dāng)間距由20(A)減小到8(A)時(shí),相互作用強(qiáng)度無(wú)明顯變化,但當(dāng)間距繼續(xù)減小到7(A)以下

3、時(shí),作用強(qiáng)度不斷減弱。而且,溫度越低,表面間的排斥作用越弱,當(dāng)溫度達(dá)到10K時(shí),作用特性由排斥性變?yōu)槲?。另?表面溝槽和表面粗糙度的大小也對(duì)作用強(qiáng)度有影響,而相對(duì)靠近的速度對(duì)相互作用的影響則可以忽略。
　　 再次,研究了納米間距的非接觸表面發(fā)生側(cè)向運(yùn)動(dòng)時(shí)的相互作用特性。結(jié)果表明,溫度對(duì)相互作用的影響最為明顯,且排斥性的作用強(qiáng)度在間距為20(A)、5(A)和3(A)的情況下不斷變?nèi)?。表面粗糙度越?表面間的作用強(qiáng)度越弱,甚至作