納米級(jí)粗糙表面粘著接觸行為的分子動(dòng)力學(xué)模擬.pdf

1、在宏觀世界中，兩個(gè)或兩個(gè)以上的物體通過(guò)局部邊界相互接觸而實(shí)現(xiàn)力或運(yùn)動(dòng)傳遞的問(wèn)題稱為接觸問(wèn)題，它是摩擦學(xué)研究的重要分支之一，是分析摩擦磨損和潤(rùn)滑問(wèn)題的基礎(chǔ)。接觸問(wèn)題廣泛存在于現(xiàn)實(shí)生活的眾多領(lǐng)域，微/納接觸問(wèn)題已經(jīng)成為嚴(yán)重制約MEMS技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵性問(wèn)題。MEMS接觸面通常都比較光滑，當(dāng)微表面靜止接觸或兩表面間隙處于納米量級(jí)時(shí)，由于表面粘附力使其兩表面接觸在一起，產(chǎn)生了高摩擦、高磨損，這不僅使微器件的性能受到嚴(yán)重影響，還會(huì)導(dǎo)致動(dòng)作失效，而且

2、在微構(gòu)件的制造中，是造成廢品的重要因素之一，直接導(dǎo)致MEMS的一次成功率降低，成本增大。
　　 為了搞清楚納米接觸的實(shí)質(zhì)，并建立正確的理論體系尤其是更接近真實(shí)表面的粗糙表面接觸的理論，對(duì)MEMS器件的設(shè)計(jì)與制造的過(guò)程中涉及的一些現(xiàn)象如粘附失效、摩擦、磨損等做出合理的解釋，并用之來(lái)指導(dǎo)MEMS器件的設(shè)計(jì)與制造，提高產(chǎn)品的性能，合格率，制造新產(chǎn)品，本論文通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)(Molecular Dynamics)方法，以金剛石為例，采用T

3、ersoff勢(shì)研究了剛性光滑表面球體探頭與彈性基體的粘著接觸過(guò)程，論證了宏觀接觸模型是否適用于預(yù)測(cè)納米尺度接觸行為。結(jié)果表明小載荷范圍內(nèi)，粘附力影響接觸行為，載荷—接觸面積關(guān)系與COS一致，大載荷范圍內(nèi)，接觸行為由材料的體相性質(zhì)決定，與Hertz理論相一致。
　　 同時(shí),通過(guò)W-M函數(shù)有效的表征分形粗糙表面，采用Tersoff勢(shì)研究了具有不同分形維數(shù)的分形粗糙表面的剛性球體探頭與彈性基體的粘著接觸過(guò)程，初步探討了表面形貌對(duì)粘著特