Studi Perilaku Gesekan Nanoskala Grafena Pada Substrat Emas Menggunakan Dinamika Molekuler
Abstrak
Dalam makalah ini, kami menyelidiki perilaku gesekan serpihan graphene yang meluncur pada substrat emas menggunakan simulasi dinamika molekul. Pengaruh ukuran serpihan, bentuk serpihan, sudut rotasi relatif antara serpihan dan substrat, dan orientasi kristal substrat pada proses gesekan dipelajari secara menyeluruh. Ditemukan bahwa di bawah beban yang sama, gaya gesekan rata-rata per atom lebih kecil untuk serpihan graphene yang lebih besar, yang menunjukkan efek ukuran yang jelas. Hal ini juga menunjukkan bahwa bentuk serpihan sangat penting dalam menentukan gesekan dalam proses geser. Gaya gesekan rata-rata per atom untuk serpihan persegi jauh lebih besar daripada untuk serpihan segitiga dan bulat. Selain itu, gaya gesekan rata-rata per atom untuk serpihan segitiga adalah yang terkecil. Kami juga menemukan bahwa orientasi serpihan graphene relatif terhadap substrat emas memainkan peran penting dalam proses gesekan. Gaya gesekan untuk serpihan graphene yang meluncur di sepanjang arah kursi berlengan jauh lebih besar daripada gaya gesekan untuk serpihan dengan rotasi. Selain itu, juga ditemukan bahwa substrat emas kristal tunggal menunjukkan efek gesekan anisotropik yang signifikan, yang dikaitkan dengan efek anisotropik dari gelombang energi potensial. Pemahaman ini tidak hanya menjelaskan mekanisme yang mendasari geseran serpihan graphene pada substrat emas tetapi juga dapat memandu desain dan fabrikasi perangkat berbasis graphene skala nano.
Latar Belakang
Grafena adalah salah satu bahan baru yang menjanjikan untuk aplikasi dalam elektronik skala nano di antara berbagai aplikasi potensial [1,2,3,4,5]. Pada perangkat elektronik berbasis graphene yang sebenarnya, emas biasa digunakan untuk kontak listrik [6]. Oleh karena itu, gesekan sistem graphene-gold memainkan peran penting dalam fabrikasi yang efisien dan operasi yang andal dari perangkat graphene tersebut. Meskipun graphene telah menarik minat yang besar dari para peneliti di bidang nanotribologi karena sifat mekaniknya yang sangat baik [3, 7], sifat gesekan graphene yang meluncur pada permukaan emas kurang dipahami. Sejauh ini, banyak studi tribologi graphene fokus pada gaya gesekan antara graphene dan ujung probe pemindaian [8,9,10,11,12,13,14]. Misalnya, percobaan mikroskop gaya atom (AFM) gesekan pada grafit yang dimodifikasi secara kimia mengungkapkan koefisien gesekan negatif [9]. Percobaan mikroskop gaya gesekan (FFM) dari beberapa lapisan graphene menemukan bahwa gesekan meningkat ketika jumlah lapisan graphene menurun [10, 11]. Fenomena ini dijelaskan oleh efek kerutan dari graphene [9,10,11]. Diperkirakan gesekan antara serpihan graphene dan grafit diukur saat ujung menyeret serpihan selama meluncur pada grafit [8, 14]. Ditemukan bahwa gerakan rotasi yang digabungkan dengan gerakan lateral serpihan untuk padatan pipih menyebabkan peningkatan gesekan karena reorientasi serpihan ke dalam konfigurasi yang sepadan [15]. Pada saat yang sama, beberapa sarjana juga telah mengabdikan diri untuk mempelajari gesekan graphene dan/atau emas menggunakan teknik lain. Teknik microbalance kristal kuarsa (QCM) digunakan untuk mempelajari pelumasan emas pada graphene [16] dan gesekan geser film xenon padat pada substrat graphene/Ni (111) [17]. Baik eksperimen QCM dan simulasi dinamika molekul (MD) menunjukkan bahwa gesekan dari lapisan tunggal Kr yang tidak sepadan pada Au mengikuti hukum gesekan kental [18, 19]. Simulasi MD dilakukan untuk mengeksplorasi gesekan statis pulau emas dua dimensi dan gugus emas tiga dimensi pada substrat grafit [20]. Ditemukan bahwa ketebalan slider dapat meningkatkan pelumasan karena kekakuan efektif yang lebih tinggi dari cluster tebal. Kesesuaian antarmuka yang bergantung pada ukuran juga ditemukan oleh simulasi MD atom xenon pada substrat graphene dan Au [21], konsisten dengan simulasi cluster kripton dan silikon pada substrat Cu [22], yang dapat menjelaskan ketergantungan ukuran gesekan statis. Baru-baru ini, superlubrisitas nanoribbon graphene pada substrat Au (111) diamati pada suhu rendah [23]. Kitt dkk. langsung mengukur gesekan graphene yang meluncur di atas SiO2 substrat dan menemukan bahwa perilaku gesekan untuk graphene monolayer dan bilayer melanggar hukum Amontons [24]. Secara keseluruhan, sebagai bahan dua dimensi murni, masuk akal untuk mengharapkan graphene menunjukkan perilaku gesekan atipikal untuk sistem substrat graphene. Sayangnya, penyelidikan rinci gesekan geser graphene di atas substrat emas masih kurang meskipun sifat antarmuka antara graphene dan logam telah dieksplorasi secara sistematis [25,26,27,28].
Untuk mengisi celah ini, dalam makalah ini, perilaku gesekan geser serpihan graphene seluler di atas substrat emas kristal tunggal dipelajari secara menyeluruh menggunakan simulasi dinamika molekul (MD). Kami menyelidiki efek ukuran serpihan, bentuk serpihan, sudut rotasi relatif antara serpihan dan substrat, dan orientasi kristal substrat untuk memperjelas sifat gesekan.
Metode
Metode Simulasi
Untuk mensimulasikan percobaan AFM di mana serpihan graphene yang dipasang melalui pegas ke ujung meluncur di atas substrat emas [29], kami membuat model MD yang terdiri dari serpihan graphene yang terbuat dari N atom dan substrat emas kristal tunggal, lihat Gambar 1. Tiga lapisan atom di bagian bawah substrat disimpan tetap di ruang angkasa untuk berfungsi sebagai atom batas. Untuk mengontrol suhu sistem, empat lapisan atom yang berdekatan dengan atom batas dalam substrat dipilih sebagai atom termostat. Atom termostat dijaga pada suhu konstan 300 K dengan metode penskalaan kecepatan [30]. Dalam makalah ini, pertama, kami tidak mempertimbangkan rotasi graphene selama sliding; atom dalam graphene hanya diperbolehkan untuk bergerak di x dan z arah tetapi dibatasi dalam y arah, yang menyederhanakan simulasi. Hal inilah yang menjadi fokus utama dari makalah ini. Kemudian, kami selanjutnya melakukan beberapa simulasi MD tanpa batasan pergerakan graphene di y arah untuk lebih cocok dengan kondisi eksperimental nyata. Atom serpihan diseret oleh atom virtual dengan kecepatan konstan melalui pegas harmonik. Pegas sejajar dengan permukaan substrat memiliki kekakuan lateral 10 N/m dan digunakan untuk mewakili deformasi balok kantilever dan puncak ujung sistem AFM [31]. Sebuah beban normal konstan diterapkan langsung ke atom serpihan dalam simulasi [29, 31]. Serpihan graphene ditarik ke samping oleh atom virtual dengan kecepatan konstan 10 m/s. Persamaan gerak diintegrasikan dengan algoritma kecepatan-Verlet. Timestepnya adalah 1 fs. Batas bersifat periodik dalam x dan y petunjuk arah, gratis di z arah.
Model simulasi proses gesekan
Untuk menyelidiki pengaruh orientasi kristal substrat, kami melakukan simulasi MD dari gesekan geser pada tiga permukaan yang berbeda dari bidang Au(111), (001), dan (110). Untuk permukaan Au(111), sistem koordinat diambil sebagai \( x-\left[11\overline{2}\right] \), \( y-\left[1\overline{1}0\right] \ ), dan z -[111] dan ukurannya adalah 19.98 × 15.0 × 3.06 nm
3
. Untuk permukaan Au(001), sistem koordinat diambil sebagai x -[100], y -[010], dan z- [001] dan ukuran media adalah 19,99 × 15.1 × 3.06 nm
3
. Untuk permukaan Au(110), sistem koordinat diambil sebagai x -[001], \( y-\left[1\overline{1}0\right] \), dan z -[110] dan ukurannya adalah 19.99 × 15.0 × 3.03 nm
3
. Spasi kisi sepanjang arah geser untuk permukaan Au(111), Au(110), dan Au(001) masing-masing adalah 9,99 Å, 4,08 , dan 4,08 Å. Jika tidak dicatat, Au (111) diadopsi sebagai substrat. Dalam simulasi, beberapa ukuran dan bentuk serpihan yang berbeda dimodelkan. Bentuk serpihan default adalah persegi dengan ukuran 5,8 nm (jumlah atom N = 1344). x -sumbu berada di sepanjang arah kursi berlengan dari graphene dan y -sumbu sepanjang arah zigzag, dengan z -sumbu normal terhadap graphene.
Gaya antar atom dalam Au diturunkan dari potensi metode atom tertanam (EAM) [32]. Potensi EAM telah sangat berhasil dalam pemodelan sifat elastis, energi pembentukan cacat, dan mekanisme patah dari berbagai logam [32, 33]. Ini juga telah berhasil diterapkan untuk menggambarkan sifat permukaan logam seperti energi permukaan dan rekonstruksi permukaan [32,33,34]. Potensi AIREBO yang banyak digunakan diterapkan untuk menggambarkan interaksi atom dalam graphene [35]. Interaksi antara graphene dan substrat Au dimodelkan oleh potensi Lennard-Jones (LJ) standar yang telah digunakan untuk mempelajari banyak fenomena non-kesetimbangan seperti gesekan dan difusi gugus emas pada grafit [36, 37]. Parameter LJ [28, 29] adalah:ε = 22.0 meV dan σ = 2,74 Å. Simulasi MD dilakukan dengan menggunakan simulator paralel besar-besaran atom/molekuler (LAMMPS) [38]. Dalam simulasi, serpihan graphene awalnya diposisikan di atas permukaan substrat Au. Setelah sistem gesekan sepenuhnya rileks, atom virtual mulai meluncur sepanjang x negative negatif arah dengan kecepatan konstan.
Hasil dan Diskusi
Gambar 2 menunjukkan gaya gesekan sebagai fungsi jarak luncur pada berbagai beban normal. Dalam makalah ini, jarak geser adalah jarak atom virtual. Gaya gesekan diukur dengan deformasi pegas seperti dalam percobaan AFM. Serpihan graphene memiliki bentuk persegi dengan ukuran 5,8 nm yang terdiri dari 1344 atom. Jelas bahwa gaya gesekan mengalami peningkatan terus menerus diikuti oleh penurunan tajam, yang merupakan tipikal gerakan stick-slip. Penurunan tiba-tiba dalam gaya gesekan menyebabkan disipasi energi dan menyiratkan terjadinya transisi antara beberapa keadaan metastabil dengan energi potensial lokal minimum [39]. Masuk akal bahwa gaya gesekan meningkat dengan beban L. Untuk mengeksplorasi efek ukuran, dua serpihan persegi lainnya dengan ukuran 2,0 nm (N = 160 atom) dan 10,0 nm (N = 3936 atom) diadopsi. Variasi gaya gesekan dan gaya gesekan rata-rata untuk ukuran serpihan yang berbeda selama proses geser ditunjukkan pada Gambar. 3. Untuk serpihan 5,8 nm, gesekan stick-slip yang jelas juga dapat diamati untuk 2,0 dan 10- serpihan nm. Selain itu, jelas ada efek ukuran dalam gaya gesekan rata-rata per atom Ffrik /N, lihat Gbr. 3c. Di bawah beban yang sama, gaya gesekan rata-rata per atom Ffrik /N lebih besar untuk serpihan yang lebih kecil. Efek ukuran ini dihasilkan dari peran tepi yang semakin berkurang dalam gesekan dengan meningkatnya ukuran serpihan [40, 41]. Perlu dicatat bahwa baik percobaan QCM dan simulasi MD menemukan bahwa gesekan kluster adsorbat berkurang dengan bertambahnya ukurannya [18,19,20,21,22], sesuai dengan simulasi kami. Namun, ketergantungan ukuran gesekan dalam eksperimen QCM dan simulasi MD dijelaskan oleh kesepadanan antar muka yang bergantung pada ukuran [18,19,20,21,22].
Gaya gesek sebagai fungsi dari jarak geser pada berbagai beban normal (L). Serpihan memiliki bentuk persegi dengan ukuran 5,8 nm. Di sini, a0 (= 9.99 Å) adalah spasi kisi Au (111) sepanjang arah geser
Variasi gaya gesekan dan gaya gesekan rata-rata untuk ukuran serpihan yang berbeda. Gaya gesekan tipikal sebagai fungsi jarak geser untuk 2,0 nm (N = 160 atom) serpihan (a ) dan 10 nm (N = 3936 atom) serpihan (b ). c Gaya gesekan rata-rata per atom (Ffrik /N) sebagai fungsi beban per atom (L/N). Di sini, a0 (= 9.99 Å) adalah spasi kisi Au (111) sepanjang arah geser
Karena bentuk penggeser memainkan peran penting dalam menentukan gesekan [42, 43], untuk mengeksplorasi lebih lanjut efek bentuk serpihan pada proses gesekan, kami juga memodelkan proses gesekan geser menggunakan serpihan graphene bulat (N = 1080 atom) dan serpihan graphene segitiga (N = 654 atom). Gambar 4 menunjukkan variasi gaya gesekan tipikal dan gaya gesekan rata-rata untuk berbagai bentuk serpihan selama proses geser. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 4a, b, pada beban kecil (L = 20 nN untuk serpihan bulat dan L = 10 nN untuk serpihan segitiga), gaya gesekan berfluktuasi sekitar nol terus menerus dan gesekan super rendah (superlubricity) dapat diamati. Namun, pada beban normal yang besar (L = 400 nN untuk serpihan bulat dan L = 200 nN untuk serpihan segitiga), serpihan tersebut menunjukkan gerakan stick-slip yang jelas dan gaya gesekan yang besar [39]. Di bawah beban yang sama, gaya gesekan rata-rata per atom Ffrik /N adalah yang terbesar untuk serpihan persegi dan terkecil untuk serpihan segitiga, sedangkan Ffrik /N untuk serpihan bundar ada di antaranya. Selanjutnya, perbedaan gaya gesekan rata-rata per atom Ffrik /N antara serpihan bulat dan segitiga agak kecil. Tapi Bfrik /N untuk serpihan persegi jauh lebih besar. Oleh karena itu, jelas bahwa bentuk serpihan memainkan peran penting dalam proses geser.
Variasi gaya gesekan dan gaya gesekan rata-rata untuk berbagai bentuk serpihan. Gaya gesekan tipikal sebagai fungsi jarak geser untuk putaran (N = 1080 atom) serpihan (a ) dan segitiga (N = 654 atom) serpihan (b ). c Gaya gesekan rata-rata per atom (Ffrik /N) sebagai fungsi beban per atom (L/N). Di sini, a0 (= 9.99 Å) adalah spasi kisi Au (111) sepanjang arah geser
Hal ini juga diketahui bahwa orientasi serpihan relatif terhadap substrat juga penting dalam menentukan gesekan [42]. Untuk mengeksplorasi efek orientasi pada gesekan, serpihan graphene diputar berlawanan arah jarum jam dengan sudut yang berbeda tentang z -sumbu tegak lurus terhadap kontak. Sudut rotasi 0° (tanpa rotasi) sesuai dengan situasi di mana x -sumbu sepanjang arah kursi dari graphene sedangkan sudut rotasi 90° sesuai dengan situasi di mana x -sumbu sepanjang arah zigzag. Variasi gaya gesekan sebagai fungsi jarak geser untuk serpihan persegi 5,8 nm dengan sudut rotasi berbeda di L = 240 nN ditunjukkan pada Gambar. 5. Gaya gesekan rata-rata yang sesuai Ffrik untuk sudut rotasi yang berbeda pada beban normal yang berbeda dihitung seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 6. Jelas bahwa untuk serpihan dengan = 15° dan = 45°, gaya gesekan berfluktuasi sekitar nol terus menerus dan superlubricity dapat diamati, lihat Gambar. 5b, d. Selain itu, sedikit perbedaan dapat diamati pada gaya gesekan rata-rata untuk serpihan dengan = 15° dan = 45°, lihat Gambar. 6. Namun, untuk serpihan dengan = 30°, 60° dan = 90°, serpih menunjukkan gerakan stick-slip yang jelas dan gaya gesekan yang relatif besar. Selanjutnya, gaya gesekan rata-rata lebih besar untuk sudut rotasi yang lebih besar untuk serpihan dengan = 30°, 60°, dan = 90°. Gaya gesekan untuk serpihan dengan rotasi semuanya jauh lebih kecil daripada untuk serpihan tanpa rotasi (θ = 0°).
Gaya gesekan vs jarak geser dari serpihan persegi 5,8 nm di L = 240 nN untuk sudut rotasi yang berbeda (θ = 0°, 15°, 30°, 45°, 60°, 90°). a –f sesuai dengan sudut rotasi 0 ° ~ 90 °, masing-masing. Di sini, a0 (= 9.99 Å) adalah spasi kisi Au (111) sepanjang arah geser
Gaya gesekan rata-rata Ffric dari serpihan persegi 5,8 nm untuk sudut rotasi yang berbeda pada beban normal yang berbeda
Fakta bahwa emas kristal tunggal menunjukkan efek anisotropik yang signifikan mendorong kita untuk mempelajari lebih lanjut pengaruh orientasi kristal substrat pada proses gesekan. Kami melakukan simulasi MD untuk dua kombinasi lagi orientasi kristal dan arah geser, yaitu, (001) [100] dan (110) [001]. Gaya gesekan dan gaya gesekan rata-rata Ffrik dari serpihan persegi 5,8 nm yang meluncur pada substrat Au dengan orientasi kristal yang berbeda ditunjukkan pada Gambar. 7 dan 8, masing-masing. Seperti yang diharapkan, gaya gesekan meningkat dengan beban normal. Dapat dilihat bahwa pada beban yang sama, gaya gesek untuk permukaan Au(001) dan Au(110) lebih besar daripada untuk permukaan Au(111), dan gaya gesek untuk permukaan Au(110) adalah terbesar.
Gaya gesekan dari serpihan persegi 5,8 nm yang meluncur pada (a ) Au(001) dan (b ) Permukaan Au(110) sebagai fungsi dari jarak geser pada beban normal yang berbeda. Di sini, a1 (= 4.08 Å) adalah spasi kisi Au(001) sepanjang arah geser dan a2 (= 4.08 Å) adalah spasi kisi Au(110) sepanjang arah geser
Gaya gesekan rata-rata Ffrik dari serpihan persegi 5,8 nm yang meluncur pada substrat Au dengan orientasi kristal yang berbeda pada beban normal yang berbeda
Menurut model Prandtl-Tomlinson yang terkenal [44], gaya gesekan berhubungan erat dengan gelombang energi antarmuka [45,46,47]. Untuk mengeksplorasi mekanisme yang mendasari di balik efek anisotropik signifikan dari gesekan, kami menghitung energi potensial interaksi antara serpihan dan substrat Au saat kami mengubah posisi serpihan [46]. Energi potensial dihitung untuk serpihan kaku pada ketinggian tetap yang sesuai dengan ketinggian rata-rata untuk beban yang diberikan [29]. Tiga plot kontur tipikal yang mewakili variasi spasial energi potensial untuk permukaan Au(111), Au(110), dan Au(001) pada L = 120 nN masing-masing ditunjukkan pada Gambar. 9a–c. Untuk mendapatkan peta permukaan energi potensial (PES) pada Gambar. 9, kami menggunakan 21 titik mesh di sepanjang x dan y arah. Pada Gambar. 9, gelombang energi yang dihitung untuk Au(111), Au(110), dan Au(001) masing-masing adalah 3,5 eV, 66,6 eV, dan 29,1 eV. Pada Gambar. 9a–c, garis hitam pekat (y = 0) pada peta PES digunakan untuk menunjukkan jalur geser dari serpihan. Energi potensial interaksi graphene-gold di sepanjang jalur geser untuk Au(111), Au(110), dan Au(001) juga diplot masing-masing pada Gambar 9d–f. Gelombang energi di sepanjang jalur geser untuk Au(111), Au(110), dan Au(001) pada Gambar. 9 adalah 3,5 eV, 59,7 eV, dan 29,1 eV, masing-masing. Dapat dilihat dengan jelas bahwa amplitudo gelombang energi menunjukkan efek anisotropik yang sama dengan gesekan. Gelombang energi untuk permukaan Au(001) dan Au(110) lebih besar dari pada permukaan Au(111), dan gelombang energi untuk permukaan Au(110) adalah yang terbesar. Oleh karena itu, ini dengan jelas menjelaskan efek anisotropik yang signifikan dari gesekan selama proses geser [45,46,47]. Temuan bahwa gaya gesekan berkurang dengan penurunan kekuatan interaksi graphene-substrat (gelombang energi) konsisten dengan simulasi MD [16] dan eksperimen QCM [17].
Peta kontur energi potensial untuk permukaan Au(111), Au(110), dan Au(001) di L = 120 nN ditampilkan di a –c , masing-masing. Serpihan graphene persegi 5,8 nm diadopsi. Dalam a –c , garis hitam pekat (y = 0) pada peta digunakan untuk menunjukkan jalur geser dari serpihan. Energi potensial interaksi grafena-emas di sepanjang jalur geser untuk permukaan Au(111), Au(110), dan Au(001) juga diplot dalam d –f , masing-masing. Satuan energi potensial adalah eV. Tinggi rata-rata serpihan di L = 120 nN untuk permukaan Au(111), Au(110), dan Au(001) masing-masing adalah 2,36 Å, 2,1 Å, dan 2,17 Å
Agar lebih cocok dengan kondisi eksperimental nyata, kami selanjutnya melakukan simulasi MD gesekan geser tanpa batasan gerakan graphene di y arah, dalam hal ini serpihan dapat berputar dan bergerak dalam y arah. Gambar 10 menunjukkan gaya gesekan sebagai fungsi jarak luncur pada berbagai beban normal untuk serpihan graphene dengan bentuk persegi dan ukuran 5,8 nm yang terdiri dari 1344 atom. Meskipun nilai gaya gesekan telah berubah, dapat dilihat bahwa gaya gesekan mengalami peningkatan terus menerus diikuti dengan penurunan mendadak, yang merupakan gerakan stick-slip yang jelas mirip dengan Gambar 2. Gaya gesekan meningkat dengan beban seperti yang diharapkan. Kami juga mempelajari proses gesekan dua serpihan graphene persegi lainnya dengan ukuran 2,0 nm (N = 160 atom) dan 10,0 nm (N = 3936 atom) tanpa batasan pergerakan graphene di y arah. Variasi gaya gesekan dan gaya gesekan rata-rata untuk ukuran serpihan yang berbeda selama proses geser ditunjukkan pada Gambar 11. Mirip dengan Gambar 3, kami juga mengamati gesekan tongkat-selip yang jelas untuk serpihan 2,0 dan 10 nm. Selanjutnya, terdapat efek ukuran pada gaya gesekan rata-rata per atom Ffrik /N, lihat Gbr. 11c. Di bawah beban yang sama, gaya gesekan rata-rata per atom Ffrik /N lebih besar untuk serpihan yang lebih kecil, yang merupakan tipikal dari efek ukuran gesekan. Secara keseluruhan, kami menemukan bahwa temuan utama dari simulasi MD dari proses gesekan dengan y -arah gerak serpihan dibatasi masih berlaku setelah mengendurkan kendala gerak serpihan graphene di y arah saat meluncur.
Gaya gesekan sebagai fungsi dari jarak geser pada berbagai beban normal (L ) untuk proses gesekan tanpa kendala gerakan graphene di y arah. Serpihan memiliki bentuk persegi dengan ukuran 5,8 nm. Di sini, a0 (= 9.99 Å) adalah spasi kisi Au (111) sepanjang arah geser
Variasi gaya gesekan dan gaya gesekan rata-rata untuk ukuran serpihan yang berbeda untuk proses gesekan tanpa kendala gerakan graphene di y arah. Gaya gesekan tipikal sebagai fungsi jarak geser untuk 2,0 nm (N = 160 atom) serpihan (a ) dan 10 nm (N = 3936 atom) serpihan (b ). c Gaya gesekan rata-rata per atom (Ffrik /N) sebagai fungsi beban per atom (L/N). Di sini, a0 (= 9.99 Å) adalah spasi kisi Au (111) sepanjang arah geser
Kesimpulan
Dalam karya ini, simulasi dinamika molekul digunakan untuk menyelidiki perilaku gesekan geser serpihan graphene seluler di atas substrat emas kristal tunggal. Efek ukuran serpihan, bentuk serpihan, sudut rotasi relatif, dan orientasi kristal substrat dipelajari secara menyeluruh. Ditemukan bahwa ada efek ukuran dalam perilaku gesekan. Di bawah beban yang sama, gaya gesekan rata-rata per atom Ffrik /N lebih besar untuk serpihan graphene yang lebih kecil. Juga ditemukan bahwa bentuk serpihan memainkan peran penting dalam proses gesekan. Gaya gesekan rata-rata per atom Ffrik /N untuk serpihan persegi jauh lebih besar daripada untuk serpihan segitiga dan bulat. Selain itu, gaya gesekan rata-rata per atom Ffrik /N untuk serpihan segitiga adalah yang terkecil. Kami juga menemukan bahwa efek orientasi serpihan graphene relatif terhadap substrat Au sangat penting dalam menentukan gesekan. Gaya gesekan untuk serpihan graphene yang meluncur di sepanjang arah kursi berlengan jauh lebih besar daripada gaya gesekan untuk serpihan dengan rotasi. Gaya gesekan super rendah dapat diamati untuk serpihan dengan = 15° dan = 45°. Selanjutnya, gaya gesekan lebih besar untuk sudut rotasi yang lebih besar untuk serpihan dengan = 30°, 60°, dan = 90°. Selain itu, ditemukan bahwa gesekan menunjukkan efek anisotropik yang signifikan. Gaya gesekan untuk permukaan Au(001) dan Au(110) lebih besar dari pada permukaan Au(111), dan gaya gesekan untuk permukaan Au(110) adalah yang terbesar. Efek anisotropik gesekan ini dikaitkan dengan efek anisotropik dari gelombang energi potensial. Hasil ini tidak hanya memberikan wawasan tentang mekanisme yang mendasari geseran serpihan graphene pada substrat emas tetapi juga dapat memandu desain dan fabrikasi perangkat berbasis graphene skala nano.
