碳纳米颗粒在石墨烯片上的摩擦与迁移率

利用分子动力学方法表明，位于平面基底上的热化石墨烯片表面上碳纳米颗粒（矩形石墨烯薄片、尺寸 $L<10$ nm 的球形富勒烯）的运动，可描述为粒子在具有恒定摩擦系数的黏性介质中的运动，该系数的值依赖于温度和颗粒尺寸。已证明存在两类有效摩擦：扩散摩擦与弹道摩擦。在弹道运动 regime（速度 $v>100$ m/s）中，减速源于运动纳米颗粒与石墨烯片热致面外弯曲振动的相互作用。因此，随着温度升高，摩擦系数单调增大。在扩散运动 regime（速度 $v<10$ m/s）中，摩擦源于颗粒需克服局域能垒，故其随温度升高而减小。弹道与扩散摩擦的差异在低温下最为显著，因为弹道运动 regime 中纳米颗粒的迁移率随温度升高而降低，而扩散 regime 中则单调增大。结果表明，将纳米颗粒压向基底的法向力会导致其与基底的摩擦增大。