本发明专利技术公开一种通过改变原子比调控二维材料摩擦系数的方法。该方法是通过在氮化硼中替换不同比例的碳原子，形成不同碳原子比的h‑BCN，进而改变二维材料的原子势能面，进而达到调控摩擦的效果；选择石墨烯二维材料作为摩擦部件，放置于h‑BCN上，摩擦部件滑动的速度是10m/s，与h‑BCN接触的正压力范0.001至0.1nN/atom，并沿着扶手椅方向进行滑动，即可得到不同碳原子比的h‑BCN的摩擦力。h‑BCN的摩擦随着碳原子比的增大，先逐渐减小并在碳原子比为0.4时达到最小值，再逐渐增大，具有非单调的摩擦变化。本发明专利技术的有益效果：采用本发明专利技术的方法来调节摩擦力，可以对二维材料的摩擦进行灵活调控。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及纳米摩擦调控领域，具体为一种通过改变原子比调控二维材料摩擦系数的方法。
技术介绍
1、二维材料由于他们独特的物理、化学特性，使得这些材料在复合材料、储能设备、传感设备、过滤设备等等应用中展现出巨大的发展潜力。自2004年石墨烯(graphene)成功分离，越来越多的二维材料，如氮化硼(h-bn)、二硫化钼(mos2)、硅烯(silicene)等，被制造并被广泛研究。对石墨烯的研究最为广泛，其具有平面蜂窝晶格结构，使得其具有非常高的载流子迁移率、优异的导热能力以及机械性能，然而由于其带隙为零，使得其难以在电子器件中应用。与之相比，h-bn在具备平面蜂窝晶格结构的同时，其带隙为6ev宽，是一种绝缘体。那么通过在蜂窝晶格结构中构建由c、b、n原子组成的二维异质结构，即可调控带隙使得其成为半导体。最近在实验中通过原子替换掺杂、化学气相沉积等方式，已成功合成了由c、b、n原子组成的各种原子比的二维六方晶格异质材料(h-bcn),其带隙可由原子比调控，非常适合电子应用。
2、h-bcn不仅仅可以在电子领域发挥巨大作用，对于机械工程，特别是摩擦调控，也可能具有广阔应用前景。对于摩擦调控，使用二维材料，具备不易化学变化、材料厚度极小、能在低温真空中使用等优点。随着越来越多微纳器件投入使用，合理调控器件表面的摩擦，可以帮助如微纳传感器、纳米发电机等器件发挥更大功效。目前已有的摩擦调控方式大多用于降低摩擦，如与溶液反应、控制使用环境、机械刮平等，调控过程是单调下降的，可能对材料产生破坏，或对基底材料有一定要求。
>3、因此，希望找到一种非单调的，不会造成二维材料破坏的，对基底材料不做要求的调节二维材料摩擦力的方法。
技术实现思路
1、为解决以上现有问题，本专利技术提出了一种通过改变原子比调控二维材料摩擦系数的方法。该方法是通过在氮化硼中替换不同比例的碳原子，形成不同碳原子比的h-bcn，进而改变二维材料的原子势能面，进而达到调控摩擦的效果。
2、具体来说，本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
3、通过在氮化硼中替换不同比例的碳原子，形成不同碳原子比的h-bcn，进而改变二维材料的原子势能面，进而达到调控摩擦的效果。
4、进一步的，所述二维材料的长度和宽度为20-500nm。
5、进一步的，将所述二维材料沿着材料扶手椅方向平均分成80-500个等长的矩形区域。
6、进一步的，在每一个划分出的等长的矩形区域对氮、硼原子进行替换，随机替换成碳原子，作为优选替换的氮原子和硼原子数量一致。
7、进一步的，原子比定义为单个区域内特定原子和这个区域内所有原子的比值。
8、进一步的，在同样大小的区域中使用不同数量的碳原子进行替换，即可以得到不同碳原子比的h-bcn。
9、进一步的，选择石墨烯二维材料作为摩擦部件，放置于h-bcn上，并沿着扶手椅方向进行滑动。
10、进一步的，摩擦部件滑动的速度为0.1-100m/s。
11、进一步的，摩擦部件与h-bcn接触的正压力范围选为0.001至0.4nn/atom。
12、进一步的，采用化学气相沉积法在基底表面生长不同原子比的h-bcn，生长基底选自铜、铜镍合金基底。
13、本专利技术的有益效果：
14、1.通过替换不同数量的氮、硼原子得到不同原子比的h-bcn，h-bcn的摩擦随着碳原子比的增大，先逐渐减小并在碳原子比为0.4时达到最小值，再逐渐增大，具有非单调的摩擦变化。
15、2.采用本专利技术的方法来调节摩擦力，可以对二维材料的摩擦进行灵活调控。
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【技术保护点】
1.一种通过改变原子比调控二维材料摩擦系数的方法，其特征在于：通过在氮化硼中替换不同比例的碳原子，形成不同碳原子比的h-BCN，进而改变二维材料的原子势能面，进而达到调控摩擦的效果。
2.根据权利要求1所述的一种通过改变原子比调控二维材料摩擦系数的方法，其特征在于：所述二维材料的长度和宽度为20-500nm。
3.根据权利要求1所述的一种通过改变原子比调控二维材料摩擦系数的方法，其特征在于：将所述二维材料沿着材料扶手椅方向平均分成80-500个等长的矩形区域。
4.根据权利要求1所述的一种通过改变原子比调控二维材料摩擦系数的方法，其特征在于：在每一个划分出的等长的矩形区域对氮、硼原子进行替换，随机替换成碳原子，作为优选替换的氮原子和硼原子数量一致。
5.根据权利要求1所述的一种通过改变原子比调控二维材料摩擦系数的方法，其特征在于：原子比定义为单个区域内特定原子和这个区域内所有原子的比值。
6.根据权利要求1所述的一种通过改变原子比调控二维材料摩擦系数的方法，其特征在于：在同样大小的区域中使用不同数量的碳原子进行替换，即可以得到不同碳原子比的h-BCN。
7.根据权利要求1所述的一种通过改变原子比调控二维材料摩擦系数的方法，其特征在于：选择石墨烯二维材料作为摩擦部件，放置于h-BCN上，并沿着扶手椅方向进行滑动。
8.根据权利要求1所述的一种通过改变原子比调控二维材料摩擦系数的方法，其特征在于：摩擦部件滑动的速度为0.1-100m/s。
9.根据权利要求1所述的一种通过改变原子比调控二维材料摩擦系数的方法，其特征在于：摩擦部件与h-BCN接触的正压力范围选为0.001至0.4nN/atom。
10.根据权利要求1所述的一种通过改变原子比调控二维材料摩擦系数的方法，其特征在于：采用化学气相沉积法在基底表面生长不同原子比的h-BCN，生长基底选自铜、铜镍合金基底。
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【技术特征摘要】
1.一种通过改变原子比调控二维材料摩擦系数的方法，其特征在于：通过在氮化硼中替换不同比例的碳原子，形成不同碳原子比的h-bcn，进而改变二维材料的原子势能面，进而达到调控摩擦的效果。
2.根据权利要求1所述的一种通过改变原子比调控二维材料摩擦系数的方法，其特征在于：所述二维材料的长度和宽度为20-500nm。
3.根据权利要求1所述的一种通过改变原子比调控二维材料摩擦系数的方法，其特征在于：将所述二维材料沿着材料扶手椅方向平均分成80-500个等长的矩形区域。
4.根据权利要求1所述的一种通过改变原子比调控二维材料摩擦系数的方法，其特征在于：在每一个划分出的等长的矩形区域对氮、硼原子进行替换，随机替换成碳原子，作为优选替换的氮原子和硼原子数量一致。
5.根据权利要求1所述的一种通过改变原子比调控二维材料摩擦系数的方法，其特征在于：原子比定义为单个区域内特定原子和这个区域内所有原子的比值。...
【专利技术属性】
技术研发人员：陆蕾玲，应天泉，张田忠，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：
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