[发明专利]一种基于同质结摩尔纹尺寸预测界面摩擦系数的方法

权利要求书

1.一种基于同质结摩尔纹尺寸预测界面摩擦系数的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)通过建模软件建立公度接触的二维双层同质结模型；转动二维双层同质结模型的其中一层，形成不同扭转角度的非公度接触同质结模型；分别提取不同扭转角度形成的摩尔纹结构的摩尔超晶胞，并将其转换为分子动力学模拟软件可识别的模型；

2)选取能够反映所述二维双层同质结模型中所有原子之间相互作用力的势函数；

3)设定模拟系综、边界条件以及分子动力学模拟参数；

模拟系综：选择正则系综进行平衡约束，利用Nose-Hoover热浴法调节体系温度，初始温度为0K；

边界条件：边界在X-Y平面为周期性边界，Z轴方向为非周期性边界；

分子动力学模拟参数：固定双层石墨炔模型的底层，施加0.2nN/atom载荷到上层材料的每个原子上，并在上层材料之上添加其复制层为拖拽层，拖拽层与上层材料之间以弹簧相连，拖拽层与二维双层同质结无相互作用弛豫过程拖拽层不移动，滑动开始则拖拽层以的速度带动上层材料，使上层材料在底层材料上进行沿X方向滑动；

4)在设定的模拟系综和边界条件下，对提取的所有摩尔超晶胞分别进行结构优化，使所有摩尔超晶胞的结构达到能量最低点；

5)在设定的模拟系综和边界条件下，根据设定的分子动力学模拟参数，采用分子动力学模拟软件模拟摩尔超晶胞的层间相对滑动，计算并输出不同摩尔纹尺寸摩尔超晶胞层间滑动的摩擦系数，并拟合得到同质结摩尔纹尺寸与层间摩擦系数的数值关系；

6)根据步骤5)获得的数值关系，预测摩擦系数。

2.根据权利要求1所述基于同质结摩尔纹尺寸预测界面摩擦系数的方法，其特征在于：

所述建模软件为LAMMPS内部建模工具或者Materials Studio；

所述分子动力学模拟软件采用LAMMPS。

3.根据权利要求2所述基于同质结摩尔纹尺寸预测界面摩擦系数的方法，其特征在于，步骤1)具体为：

通过建模软件Materials Studio建立公度接触的二维双层同质结模型，并使二维双层同质结模型的上层以其结构中心为原点，以Z轴为旋转轴，沿X-Y平面依次扭转，同时提取不同扭转角度形成的摩尔纹结构的摩尔超晶胞，并将其转换为LAMMPS可识别的模型；

其中，X-Y平面与上层所在平面平行，Z轴与上层所在平面垂直；

所述扭转角度的范围根据摩尔超晶胞结构的对称性确定。

4.根据权利要求3所述基于同质结摩尔纹尺寸预测界面摩擦系数的方法，其特征在于：

所述二维双层同质结为双层石墨炔。

5.根据权利要求4所述基于同质结摩尔纹尺寸预测界面摩擦系数的方法，其特征在于：

步骤1)中，所述扭转角度为1°～59°，步长为1°。

6.根据权利要求5所述基于同质结摩尔纹尺寸预测界面摩擦系数的方法，其特征在于，步骤2)具体为：

选取AIREBO势函数描述二维双层同质结中所有碳原子之间的相互作用，具体形式为：

其中，为Reactive Empirical Bond Order势能项，描述碳原子之间的短程相互作用；为Lennard Jones potential势能项，描述碳原子之间的长程相互作用；为四体势，描述构型中的各种二面角作用；i、j、k、l分别表示摩尔超晶胞中任意原子的原子序数，但互不相等；最小截断距离为最大截断距离为

7.根据权利要求6所述基于同质结摩尔纹尺寸预测界面摩擦系数的方法，其特征在于，步骤5)具体为：

在设定的模拟系综和边界条件下，根据设定的分子动力学模拟参数，首先对摩尔超晶胞上层施加载荷，再进行弛豫，达到稳定状态后，再模拟摩尔超晶胞在一定载荷下沿X方向层间相对滑动，计算并输出不同摩尔超晶胞层间滑动的摩擦系数；以摩尔纹尺寸为自变量，层间摩擦系数为因变量，通过最小二乘法拟合得到同质结摩尔纹尺寸与层间摩擦系数的数值关系。

8.根据权利要求7所述基于同质结摩尔纹尺寸预测界面摩擦系数的方法，其特征在于：

步骤5)中，载荷为0.2nN/atom。