近日，我校机电工程学院陈晶晶老师在国内卓越期刊物理学报上发表“碳化硅基底覆多层石墨烯力学强化性能分子动力学模拟”最新基础研究成果，陈晶晶老师为第一作者，江南体育登陆(中国)有限公司为第一完成单位和通讯单位，该研究成果在江西省教育厅科技重点课题项目和江南体育登陆(中国)有限公司机械表界面摩擦磨损与防护润滑研究中心等项目资助下完成，物理学报属于国内物理学顶级刊物，在国内外物理学交叉学科研究中享有盛誉。

第三代半导体碳化硅器件以优异的物理﹑化学和力学性能，如电子能带结构、优异的光学性能、优异的热导率、高化学惰性和优异的耐腐蚀性，在微/纳机电系统、微电子元件、光电子器件等方面具有广阔的实际应用前景。陈晶晶老师针对微/纳机电系统的微型半导体碳化硅器件在复杂工况耦合因素影响下和频繁往复接触运动中，该器件表面经常产生黏着磨损现象，诱发微电子半导体器件出现耐久性服役寿命短﹑接触力学性能下降的本质问题展开原子尺度模拟研究，通过在碳化硅基底表面覆加石墨烯方式来改善界面接触性能和提高材料使役性能。文章探讨了石墨烯堆垛类型（AA堆垛和AB堆垛）和极端使役温度对其压痕接触力学性能（最大承载荷﹑硬度﹑杨氏模量﹑接触刚度）﹑微结构演化﹑接触质量﹑褶皱形貌﹑位错总长的影响，解释了碳化硅基底覆多层石墨烯力学强化的原子尺度机制。

研究发现：相同使役温度下，随覆石墨烯层数增加，碳化硅基底微结构的棱柱形位错环演化中越早发生脆断；石墨烯AB堆垛在最大压深时的碳碳键断裂会导致石墨烯优异的面内弹性变形能力丧失，以致其最大承载性呈现断崖式下降趋势。研究表明：碳化硅基底覆三层石墨烯的力学强化性能是纯碳化硅的2倍，该强化效应不受石墨烯堆垛类型影响，其力学强化机制主要源于多层石墨烯受载加大，引起石墨烯面内褶皱增加，从而增大界面接触刚度，触发界面接触质量减小所致。使役温度升高会激发原子振动频率增加，诱导界面接触原子数增多，以致于界面接触质量增加，而界面接触刚度随之减弱，最终引起碳化硅基底覆多层石墨烯力学性能随温度升高呈近似直线下降。

图1 碳化硅基底覆多层石墨烯薄膜的分子动力学模型

图2 碳化硅基底覆多层石墨烯的表面形貌受温度和石墨烯堆垛类型影响

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陈晶晶，中共党员，硕士研究生，2017年世界摩擦学大会志愿者，中国机械工程学会﹑中国表面工程学会﹑中国材料研究学会﹑中国物理学会会员，江西省机械工程学会摩擦学分会理事，江西省职业院校教学技能比赛专家，于2018年在南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室研修，研究方向为机械表/界面微观摩擦磨损。主持福建省科技厅自然基金项目2项，福建省教育厅科技项目1项，宁德师范学院校级重点培育项目和一般项目各1项，主持成立江南体育登陆(中国)有限公司机械表/界面摩擦磨损与防护润滑研究中心﹑江南体育登陆(中国)有限公司校级课题1项，江南体育登陆(中国)有限公司校级重点课题1项，江西省教育厅科技重点项目1项，参与国家自然科学基金项目3项，省部级/市级/校级科研项目10余项。目前以第一作者/第一通讯作者/合作者共发表高水平期刊论文30余篇，其中SCI期刊收录12篇，EI期刊收录18篇，申请授权发明专利4项，实用新型专利6项，并担任物理学报﹑摩擦学学报﹑材料研究学报﹑材料工程﹑表面技术﹑材料导报﹑西南交通大学学报等国内外10余种SCI和中文EI收录期刊的审稿专家。荣获《表面技术》中文EI收录期刊2022年度优秀作者荣誉称号，两篇研究论文荣获浙江省衢州市自然科学论文三等奖两次。以第一指导老师指导学生荣获省级机械创新比赛﹑挑战杯大赛一等奖3次﹑二等奖5次﹑三等奖5次。