【AM寧波材料所建所20周年專刊】實(shí)際環(huán)境中二維潤(rùn)滑材料的精確模擬：從經(jīng)典力學(xué)到量子力學(xué)方法
石墨烯、二硫化鉬、六方氮化硼等二維材料在固體潤(rùn)滑領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用以及巨大的潛力，表現(xiàn)出優(yōu)異的低摩擦和抗磨損性能。然而，由于摩擦過(guò)程是典型的表界面現(xiàn)象，二維材料的潤(rùn)滑性能在很大程度上取決于周圍環(huán)境，如溫度、應(yīng)力、濕度、氧氣等實(shí)際因素。并且這些環(huán)境因素與材料的微觀相互作用表現(xiàn)出實(shí)時(shí)和原位的特征，常常涉及到原子以及電子級(jí)的復(fù)雜演變過(guò)程，對(duì)實(shí)驗(yàn)精細(xì)檢測(cè)造成巨大挑戰(zhàn)。隨著近年來(lái)超級(jí)計(jì)算機(jī)的蓬勃發(fā)展，計(jì)算模擬在揭示材料微觀摩擦行為以及設(shè)計(jì)先進(jìn)潤(rùn)滑材料中起到越來(lái)越重要的作用，未來(lái)也將是完善材料環(huán)境潤(rùn)滑服役基礎(chǔ)理論，全面實(shí)現(xiàn)環(huán)境適應(yīng)性潤(rùn)滑涂層可控制備的重要研究手段。
在本工作中，中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所研究人員從基礎(chǔ)的經(jīng)典摩擦理論分析模型出發(fā)，系統(tǒng)總結(jié)了當(dāng)前摩擦學(xué)研究中各類經(jīng)典力學(xué)和量子力學(xué)計(jì)算模擬方法，并分析了眾多典型研究案例，比較了不同二維材料環(huán)境敏感性的差異以及內(nèi)在機(jī)理。通過(guò)對(duì)不同模擬方法進(jìn)行對(duì)比，強(qiáng)調(diào)了量子力學(xué)方法在研究涉及復(fù)雜電子級(jí)動(dòng)態(tài)演變過(guò)程的環(huán)境潤(rùn)滑問(wèn)題時(shí)的關(guān)鍵作用。在回顧前人模擬模型的同時(shí)，提出了一種基于從頭算分子動(dòng)力學(xué)和路徑積分的滑動(dòng)摩擦界面模擬方法，并在經(jīng)典MoS2體系中全面驗(yàn)證了該方法的有效性和精確性，為準(zhǔn)確揭示摩擦機(jī)理以及潤(rùn)滑材料設(shè)計(jì)提供了更多可能。且考慮到量子力學(xué)方法受限于計(jì)算速度的問(wèn)題，引入了實(shí)時(shí)學(xué)習(xí)的機(jī)器學(xué)習(xí)勢(shì)函數(shù)方法，以有效處理摩擦過(guò)程可能涉及的化學(xué)反應(yīng)以及磨損現(xiàn)象。對(duì)理論研究方法的系統(tǒng)總結(jié)和前景展望，將有助于進(jìn)一步深入揭示潤(rùn)滑體系摩擦微觀機(jī)理，為全面理解材料環(huán)境服役行為和構(gòu)效關(guān)系奠定理論基礎(chǔ)。
相關(guān)工作發(fā)表于Advanced Materials（Adv. Mater. 2024, 36, 2312429）。寧波材料所海洋關(guān)鍵材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士后郝宇為論文第一作者，寧波材料所前沿交叉科學(xué)研究中心黃良鋒研究員和海洋關(guān)鍵材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室王立平研究員為論文的共同通訊作者。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（U21A20127、22272192）、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2022YFB3402803）、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（XDB0470103）以及中國(guó)博士后科學(xué)基金（2023M743624）的支持。
當(dāng)前摩擦學(xué)理論模擬方法發(fā)展
（海洋關(guān)鍵材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）
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