充电效应对模型纳米受限离子液体滑动摩擦的影响

最近的测量结果表明，有可能将离子液体作为纳米接触的智能润滑剂，通过对滑动界面充电来调节其摩擦学和流变学特性。继我们先前对充电效应对模型离子液体纳米尺度受限与挤出的理论研究之后，本文在此给出该模型在充电条件下摩擦与润滑特性的分子动力学模拟。首先，我们描述了两个带等量电荷的平板在保持间距为几个分子层的受限距离下相互滑动的情况。发现剪切滑动应力随着离子液体层数的阶梯式减少而升高。然而，在给定的层数内，剪切应力对法向载荷的精确值仅表现出微弱的依赖关系，这一结果与近期实验提取的数据相符。随后，我们描述了滑动平板带相反电荷的情况，并在固定载荷下追踪了电荷随时间缓慢且绝热地反转时的剪切应力。尽管载荷固定，受限离子液体层的数量和结构随电荷变化而改变，进而引起强烈的摩擦变化。这些变化首先涉及充电引起的离子液体膜冻结，随后是放电引起的熔化，两者均因纳米尺度受限而成为可能。充电引起摩擦变化的另一个机制是最大剪切面从膜中部向平板-膜界面移动，反之亦然。尽管这些现象和结果无一例外地取决于模型离子液体的参数及其与平板的具体相互作用，本研究仍有助于在非常简单的假设下识别多种可能的行为，并将其与底层平衡热力学图景联系起来。