CN110697779B - 二硫化钼的摩擦调控方法、装置及系统 - Google Patents

二硫化钼的摩擦调控方法、装置及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种二硫化钼的摩擦调控方法、装置及系统，该方法包括：获得不同电子束照射条件下二硫化钼对应的摩擦副的摩擦力数据，所述不同电子束照射条件包括不同的加速电压条件和不同的电子束电流条件；根据不同电子束照射条件下二硫化钼对应的摩擦副的摩擦力数据，获得二硫化钼的摩擦特征数据；在获得二硫化钼的目标摩擦力后，基于二硫化钼的摩擦特征，控制电子束照射二硫化钼，以调控二硫化钼对应的摩擦副的摩擦力至目标摩擦力。本发明可以对二硫化钼进行摩擦调控，避免静电力的干扰，准确度高。

Description

二硫化钼的摩擦调控方法、装置及系统
技术领域
本发明涉及能量摩擦耗散技术领域，尤其涉及一种二硫化钼的摩擦调控方法、装置及系统。
背景技术
作为一种两个接触表面相互滑动时广泛存在的能量耗散过程，摩擦及其调控方法近年来受到越来越多的关注，其在微机电系统(MEMS)和摩擦学机理研究中起着关键作用。在纳米尺度摩擦中，当摩擦副是绝缘体时，摩擦副动能仅通过声子发射(即晶格振动)进行耗散。但是如果摩擦副是导电的，摩擦能量耗散也可以通过电子通道进行。因此，通过调制表面电子学特性，可以调节摩擦电子能量耗散通道和摩擦特性。
对于摩擦能量消散的电子通道，诸多学者试图通过电学手段对其进行调控，从而实现对表面摩擦特性的调控。其具体实现方式一般为在摩擦副间外加偏压并使用AFM(原子力显微镜)测量外加偏压下的摩擦力变化。通过使用原子力显微镜探针在偏压下扫描Si p-n结，Park等人观察到在具有相对高载流子密度的高掺杂p区中的摩擦较高。Yabing对n型GaAs进行了类似的载流子密度与摩擦之间关系的研究，并观察到类似的摩擦增加。最近，出现利用二氧化钒(VO2)的金属-绝缘体转变，载流子密度和电导率在较大范围内变化这一特性研究摩擦变化的方法，该方法表明表面摩擦和载流子密度之间明显相关。然而，考虑到相关摩擦能量耗散的电子和声子机制，这些摩擦变化被归结于是由电荷俘获效应引起的静电力引起，采用这种方法进行摩擦调控时，会受到摩擦副表面的静电力的干扰，从而影响摩擦调控的准确性。
发明内容
本发明实施例提出一种二硫化钼的摩擦调控方法，用以对二硫化钼进行摩擦调控，避免静电力的干扰，准确度高，该方法包括：
获得不同电子束照射条件下二硫化钼对应的摩擦副的摩擦力数据，所述不同电子束照射条件包括不同的加速电压条件和不同的电子束电流条件；二硫化钼对应的摩擦副为二硫化钼与原子力显微镜探针之间形成的摩擦副；
根据不同电子束照射条件下二硫化钼对应的摩擦副的摩擦力数据，获得二硫化钼的摩擦特征数据；
在获得二硫化钼的目标摩擦力后，基于二硫化钼的摩擦特征数据，控制电子束照射二硫化钼，以调控二硫化钼对应的摩擦副的摩擦力至目标摩擦力。
本发明实施例提出一种二硫化钼的摩擦调控装置，用以对二硫化钼进行摩擦调控，避免静电力的干扰，准确度高，该装置包括：
摩擦力数据获得模块，用于获得不同电子束照射条件下二硫化钼对应的摩擦副的摩擦力数据，所述不同电子束照射条件包括不同的加速电压条件和不同的电子束电流条件；
摩擦特征数据获得模块，用于根据不同电子束照射条件下二硫化钼对应的摩擦副的摩擦力数据，获得二硫化钼的摩擦特征数据；
调控模块，用于在获得二硫化钼的目标摩擦力后，基于二硫化钼的摩擦特征数据，控制电子束照射二硫化钼，以调控二硫化钼对应的摩擦副的摩擦力至目标摩擦力。
本发明实施例提出一种二硫化钼的摩擦调控系统，用以对二硫化钼进行摩擦调控，避免静电力的干扰，准确度高，该系统包括：上述二硫化钼的摩擦调控装置，原子力显微镜，扫描电子显微镜，其中，
原子力显微镜，用于通过原子力显微镜探针在二硫化钼表面以设定扫描速度移动，获得不同电子束照射条件下二硫化钼与原子力显微镜探针之间的摩擦力数据，并将所述摩擦力数据发送至二硫化钼的摩擦调控装置；
扫描电子显微镜，用于接收电子束控制命令，根据电子束控制命令发射电子束，所述电子束控制命令包括不同电子束照射条件；
二硫化钼的摩擦调控装置还用于，向原子力显微镜发送电子束控制命令；接收所述摩擦力数据。
本发明实施例还提出了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述二硫化钼的摩擦调控方法。
本发明实施例还提出了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述二硫化钼的摩擦调控方法的计算机程序。
在本发明实施例中，获得不同电子束照射条件下二硫化钼对应的摩擦副的摩擦力数据，所述不同电子束照射条件包括不同的加速电压条件和不同的电子束电流条件；根据不同电子束照射条件下二硫化钼对应的摩擦副的摩擦力数据，获得二硫化钼的摩擦特征数据；在获得二硫化钼的目标摩擦力后，基于二硫化钼的摩擦特征数据，控制电子束照射二硫化钼，以调控二硫化钼对应的摩擦副的摩擦力至目标摩擦力。在上述过程中，根据不同电子束照射条件下二硫化钼对应的摩擦副的摩擦力数据，获得了二硫化钼的摩擦特征数据，之后在每次获得二硫化钼的目标摩擦力后，都可以基于二硫化钼的摩擦特征数据，控制电子束照射二硫化钼，以调控二硫化钼对应的摩擦副的摩擦力至目标摩擦力，而通过电子束照射二硫化钼实现二硫化钼的摩擦调控过程不受摩擦副的表面的静电力的干扰，因而调控准确率高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1为本发明实施例中二硫化钼的摩擦调控方法的流程图；
图2为本发明实施例中电子束照射条件下二硫化钼对应的摩擦副的摩擦力数据的测量过程示意图；
图3为本发明实施例中原子力显微镜采集数据示意图；
图4为本发明实施例中单层二硫化钼的摩擦特性分析示意图；
图5为本发明实施例中测量的平均粘附力的示意图；
图6为本发明实施例中单层二硫化钼的相对摩擦力与加速电压、电子束电流的关系；
图7为本发明实施例中双层二硫化钼的相对摩擦力与加速电压、电子束电流的关系；
图8为本发明实施中单层二硫化钼的相对摩擦力与摩擦时间的关系的示意图；
图9为本发明实施例中二硫化钼的摩擦调控装置的示意图；
图10为本发明实施例提出的二硫化钼的摩擦调控系统的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
在本说明书的描述中，所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。参考术语“一个实施例”、“一个具体实施例”、“一些实施例”、“例如”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。各实施例中涉及的步骤顺序用于示意性说明本申请的实施，其中的步骤顺序不作限定，可根据需要作适当调整。
图1为本发明实施例中二硫化钼的摩擦调控方法的流程图，如图1所示，该方法包括：
步骤101，获得不同电子束照射条件下二硫化钼对应的摩擦副的摩擦力数据，所述不同电子束照射条件包括不同的加速电压条件和不同的电子束电流条件；
步骤102，根据不同电子束照射条件下二硫化钼对应的摩擦副的摩擦力数据，获得二硫化钼的摩擦特征数据；
步骤103，在获得二硫化钼的目标摩擦力后，基于二硫化钼的摩擦特征数据，控制电子束照射二硫化钼，以调控二硫化钼对应的摩擦副的摩擦力至目标摩擦力。
在本发明实施例中，根据不同电子束照射条件下二硫化钼对应的摩擦副的摩擦力数据，获得了二硫化钼的摩擦特征数据，之后在每次获得二硫化钼的目标摩擦力后，都可以基于二硫化钼的摩擦特征数据，控制电子束照射二硫化钼，以调控二硫化钼对应的摩擦副的摩擦力至目标摩擦力，而通过电子束照射二硫化钼实现二硫化钼的摩擦调控过程不受摩擦副的表面的静电力的干扰，因而调控准确率高。
具体实施时，在步骤101之前，首先需要获得二硫化钼，即二硫化钼样品，二硫化钼可以通过以类似于石墨烯生产方式，在大气环境下将块状二硫化钼机械剥离到SiO2/Si(SiO2：300nm)衬底上，并使得二硫化钼尽量具有清洁的、原子级平坦的表面。可以通过光学显微镜确定二硫化钼的厚度，并通过拉曼光谱进一步获得精度的二硫化钼的厚度，在进行后续步骤的摩擦测量时，二硫化钼处于超高真空室(特高压约10-8Pa)中，以避免二硫化钼吸收气体和二硫化钼的氧化。
在一实施例中，二硫化钼对应的摩擦副为二硫化钼与原子力显微镜探针之间形成的摩擦副。
在上述实施例中，原子力显微镜(AFM)探针可使用具有导电金属层的硅探针，以避免探针末端的电荷累积，提高摩擦力数据的测量精度，例如可采用型号为Olympus&AsylumAC240TM-R3的硅探针，探针半径R＝5至10nm，并且典型法向力常数为k≈2N/m。
图2为本发明实施例中电子束照射条件下二硫化钼对应的摩擦副的摩擦力数据的测量过程示意图，如图2所示，图2中的(a)为测量示意图，可采用扫描电子显微镜发射电子束，具体地，是采用扫描电子显微镜的电子束发射器(也称为电子枪)发射电子束，电子束发射器位于二硫化钼表面倾斜45度处，并且直接瞄准二硫化钼和AFM探针之间的接触区域，即直接瞄准二硫化钼对应的摩擦副，在测量时，在AFM探针施加预定的载荷，同时控制AFM探针垂直AFM悬臂梁的方向以设定扫描速度移动，获得两个方向的侧向力信号，两个方向的侧向力信号相减得到摩擦力，同时，扫描电子显微镜(SEM)在原子力显微镜探针在二硫化钼表面以设定扫描速度移动时，集中在AFM探针的末端进行照射，如图2中的(b)所示，使得来自电子束发射器的电子束照射二硫化钼和AFM探针之间的接触区域，实现对摩擦副的电子束照射。另外，扫描电子显微镜的电子束发射器可以根据接收的电子束控制命令发射电子束，其中，电子束控制命令包括照射电子束的加速电压和电子束电流。
具体实施时，本发明实施例的方法获得的摩擦力数据是由AFM发送来的，具体的，摩擦力数据一般为摩擦力形貌图，同时AFM还可以采集二硫化钼的高度形貌图、流过AFM探针的电流形貌图等，下面给出AFM测量摩擦力变化的一个实施例。
图3为本发明实施例中原子力显微镜采集数据示意图，图3中的(a)为二硫化钼，图3中的(b)为二硫化钼与原子力显微镜探针组成的摩擦副的SEM照片，可以看到图3中的(a)中的二硫化钼包括3种区域，分别为单层二硫化钼区域、双层二硫化钼区域和三角形二硫化钼区域，而AFM探针已经准确地位于该二硫化钼的双层二硫化钼区域上了，图3中的(c)为二硫化钼的高度形貌图，清楚地显示了由明显边界分隔的单层二硫化钼区域、双层二硫化钼区域三角形二硫化钼区域的高度，图3中的(e)为二硫化钼的高度剖面图，可以看到单层二硫化钼区域、双层二硫化钼区域的高度阶梯为0.6nm，与本征层间晶体间距一致，双层二硫化钼区域和三角形二硫化钼区域的高度阶梯为5.3nm；图3中的(d)为二硫化钼的摩擦力形貌图，可以看出单层二硫化钼区域、双层二硫化钼区域三角形二硫化钼区域的明显分界线，表面三个区域的摩擦力是不同的，摩擦力随着二硫化钼的的厚度的增加而单调减小，这与褶皱效应有关。
具体实施时，需要获得不同电子束照射条件下二硫化钼对应的摩擦副的摩擦力数据，这些摩擦力数据用于获得二硫化钼的摩擦特征数据，进而控制电子束照射二硫化钼，以调控二硫化钼对应的摩擦副的摩擦力至目标摩擦力，因此，本发明分析了单层二硫化钼和双层二硫化钼的摩擦力数据在电子束照射下的变化。
图4为本发明实施例中单层二硫化钼的摩擦特性分析示意图，图4中的(a)为电子束照射示意图，其中上半部分为有电子束照射的单层二硫化钼的测量示意图，电子束的加速电压和电子束电流分别设定为20kV和50nA，下半部分为无电子束照射的单层二硫化钼的测量示意图，在上面两种电子束照射条件下，在原子力显微镜探针在二硫化钼表面以设定扫描速度移动时，获得二硫化钼与原子力显微镜探针之间的摩擦力形貌图、流过AFM探针的电流形貌图和二硫化钼的高度形貌图，分别如图4中的(b)、(c)和(d)所示。图4中的(b)的上半部分为有电子束照射的单层二硫化钼的高度形貌，下半部分为无电子束照射的单层二硫化钼的高度形貌，可以看到，在上半部分，显示出周期性条纹，推测这些周期性条纹源于AFM探针上的周期性扫描电子束的干涉。图4中的(c)的上半部分为有电子束照射的电流形貌，下半部分为无电子束照射的电流形貌，可以看到，无电子束照射时，流过AFM探针的电流近似为零(小于20pA)，表明没有电子束照射，在有电子束照射时，AFM探针的电流约为-3nA，证明存在电子注入，然而，该电流远低于照射电子束的设定射束电流(50nA)，推测这是因为硅衬底上的氧化物层厚度仅为270nm，因此大多数注入电子流过单层二硫化钼或二次电子发射的结果，另外，在当前形貌中也可以发现类似周期扫描诱导的高度形貌条纹，证明了部分注入电子流过单层二硫化钼和基底的推测。图4中的(d)的上半部分为有电子束照射的摩擦力形貌，下半部分为无电子束照射的摩擦力形貌，可以看到，单层二硫化钼和AFM探针之间的摩擦力在电子束照射下显著增加，图4中的(e)为摩擦形貌的垂直剖面图，可以看到，在电子束照射下单层二硫化钼和AFM探针之间的摩擦力增加约40％，根据图4中的(d)也可以看到，摩擦形貌中没有发现类似周期扫描诱导的高度形貌条纹，这意味着电子束照射对摩擦副的接触状态没有影响。对原子力显微镜探针施加5nN至25nN的不同载荷，同时控制AFM探针垂直AFM悬臂梁的方向以0.5um/s至2um/s之间的扫描速度移动时，重复上述测量，同样发现电子束照射下摩擦力明显增加。
之后，对双层二硫化钼进行上述测量过程，发现电子束照射对双层二硫化钼上的摩擦几乎没有影响。
为进一步分析二硫化钼的摩擦特性，本发明实施例分析了电子束照射下摩擦力增加的原因，首先分析可能的几个外部因素，包括电子束扫描周期、二硫化钼的粗糙度、二硫化钼表面的碳沉积、摩擦副表面的静电力。
电子束扫描周期对摩擦力增加的影响：在二硫化钼的测量中，通过SEM施加电子束照射，电子注入的位置不断变化，这可能导致摩擦不稳定。考虑到这一点，电子束的扫描区域被设置为尽可能小，并且电子束的扫描频率非常高。这导致相对较小的电子束扫描周期(<0.3s)，比AFM探针的扫描快得多。因此，认为通过使用电子束照射下的平均摩擦值可以忽略周期扫描的影响，即电子束扫描周期对摩擦增加无影响。
二硫化钼的粗糙度对摩擦力增加的影响：在本发明实施例中，测量并计算了有电子束照射和无电子束照射的二硫化钼表面的粗糙度，并且没有发现差异，因此二硫化钼的粗糙度对摩擦力增加无影响。
二硫化钼表面的碳沉积对摩擦力增加的影响：在本发明实施中的上述测量构成中未发现任何碳沉积现象，并且所有测量已重复超过四次，因此可排除碳沉积的影响，考虑到所有的测量都是在超高真空环境中进行的，应该能够抑制碳沉积，因此二硫化钼表面的碳沉积对摩擦力增加无影响。
摩擦副表面的静电力对摩擦力增加的影响：摩擦副表面的静电力是由接触带电和静电引起的，考虑静电力经常导致AFM探针与二硫化钼之间的粘附力增加，本发明实施例通过在不同的电子束照射条件下通过单力压痕测量单层二硫化钼与AFM探针之间的粘附力来研究静电力的影响。在测量时，在任意加速电压条件下，电子束电流设定为25nA。图5为本发明实施例中测量的平均粘附力的示意图，其中包括无电子束照射的情况和有电子束照射时不同的加速电压的情况，显然，可以发现在不同加速电压条件下粘附力仅略微变化(<5％)，说明电子束照射对粘附力的影响是可忽略的。这种对电子束照射的粘附不敏感的原因可能是在测量中采用最小电子束电流，因为在本发明实施例的测量中最高电子束电流仅为100nA，与二硫化钼传导的探针摩擦对的电导率相比要小得多。因此，该电子束照射不会导致摩擦副的明显电荷累积和摩擦副表面的静电力。这种粘附的不敏感性表明电子束照射下的摩擦增加不是由静电力引起的。在测量期间通过获得的SEM视图，也发现没有观察到电荷累积引起的闪光。
另外，这种对电子束照射的粘附力不敏感性也排除了电子束照射通过褶皱效应影响摩擦的可能性，因为褶皱效应可能导致不同的实际接触面积并因此导致不同的粘附力。
在排除这些外部因素的影响后，本发明实施例推断出电子束照射下的这种摩擦增加与二硫化钼的内在摩擦特性的变化有关。考虑到电子束照射下单层二硫化钼的摩擦力明显增加的现象，但双层二硫化钼的摩擦力变化不大，单层二硫化钼和双层二硫化钼之间的差异是本发明实施例研究摩擦力增加的关键。最近的研究表明，单层二硫化钼和双层二硫化钼具有相似的晶格结构和机械性能，但具有不同的能带结构，单层具有直接带隙，而双层具有间接带隙。这种不同的能带结构导致完全不同的激子动力学，这已经通过最近的实验和模拟得到证实。同时，已经广泛报道电子束照射可以激发包括少量二硫化钼的半导体中的载流子。因此，本发明实施例推测单层二硫化钼和双层二硫化钼在电子束照射下的不同摩擦力变化源于不同的带结构，并且推导出电子束照射下的这种摩擦增加与激发态电子的增加有关。在具有直接带隙的单层二硫化钼上，电子在电子束的照射下可以容易地被激发，从而增加激发态电子的数量。在双层二硫化钼上，由于间接带隙，电子束照射下的电子激发相对较硬。基于这些分析，本发明实施例推测单层二硫化钼上电子束照射下的摩擦力增加源于激发态电子的增加。
基于这一结论，在本发明的一实施例中，所述二硫化钼为单层二硫化钼。
在上述实施例中，步骤103中的基于二硫化钼的摩擦特征数据，控制电子束照射二硫化钼，以调控二硫化钼对应的摩擦副的摩擦力至目标摩擦力，即基于单层二硫化钼的摩擦特征数据，控制电子束照射单层二硫化钼，以调控单层二硫化钼，即只采用单层二硫化钼作为本发明实施例中摩擦调控的对象。
获得了上述二硫化钼的摩擦特性后，根据上述摩擦特性，获得不同电子束照射条件下二硫化钼对应的摩擦副的摩擦力数据，以进行后续的调控，具体实施时，获得不同电子束照射条件下二硫化钼对应的摩擦副的摩擦力数据的方法有多种，下面给出其中一个实施例。
在一实施例中，获得不同电子束照射条件下二硫化钼对应的摩擦副的摩擦力数据，包括：
获得多组电子束照射条件；
针对每一组电子束照射条件，控制扫描电子显微镜的加速电压和电子束电流满足该组电子束照射条件；
在原子力显微镜探针在二硫化钼表面以设定扫描速度移动时，获得每一组电子束照射条件下二硫化钼与原子力显微镜探针之间的摩擦力数据。
在上述实施例中，为了消除由区域偏差引起的偏差，定义相对摩擦力为在设定二硫化钼区域上第一摩擦力与第二摩擦力的比率，所述第一摩擦力为在有电子束照射条件下二硫化钼与原子力显微镜探针之间的摩擦力，所述第二摩擦力为在无电子束照射条件下二硫化钼与原子力显微镜探针之间的摩擦力。后续获得的摩擦力数据可以以相对摩擦力来表示。
受电子发射器调节范围的限制，加速电压调节在5kV至20kV的范围内，形成多个加速电压条件；电子束电流调节在1nA至100nA之间，形成多个电子束电流条件。原子力显微镜的摩擦测量参数设定为10nN的载荷和1μm/s的扫描速度。上述数据可形成多组电子束照射条件，每组电子束照射条件均包括一个加速电压条件和一个电子束电流条件。针对每一组电子束照射条件，控制扫描电子显微镜的加速电压和电子束电流满足该组电子束照射条件；在原子力显微镜探针在二硫化钼表面以设定扫描速度移动时，获得每一组电子束照射条件下二硫化钼与原子力显微镜探针之间的摩擦力数据。
在一实施例中，二硫化钼的摩擦特征数据包括摩擦力数据与加速电压、电子束电流的关系；
根据不同电子束照射条件下二硫化钼对应的摩擦副的摩擦力数据，获得二硫化钼的摩擦特征数据，包括：
根据多组电子束照射条件下二硫化钼与原子力显微镜探针之间的摩擦力数据，获得摩擦力数据与加速电压、电子束电流的关系。
在上述实施例中，可根据多组电子束照射条件下二硫化钼与原子力显微镜探针之间的摩擦力数据，获得摩擦力数据与加速电压、电子束电流的关系，上述摩擦力数据可以是相对摩擦力，即可以获得相对摩擦力与加速电压、电子束电流的关系，所述关系可以采用多种形式标识，例如，文字、表格、图版，图6为本发明实施例中单层二硫化钼的相对摩擦力与加速电压、电子束电流的关系，显然在电子束照射下可以发现相对摩擦大于1.0，这意味着单层二硫化钼和AFM探针之间的摩擦力在电子束照射下增加。在不同加速电压和射束电流的电子束照射下，相对摩擦力变化很大。当加速电压为5kV或7kV时，相对摩擦力略微超过1.0(小于1.1)，在某些条件下甚至小于1.0。这种相对摩擦力仅略微超过1.0意味着电子束照射的影响几乎可以忽略不计。然而，当加速电压为10kV或20kV时，相对摩擦力显着超过1.0，并随着电子束电流单调增加。在加速电压为10kV的电子束照射下，当电子束电流从1nA升至25nA时，相对摩擦力从1.05增加到1.15，这意味着摩擦力增加幅度从5％增加到15％。在加速电压为20kV的电子束照射下，当电子束电流从1nA升至100nA时，相对摩擦力从1.15增加到1.45，这意味着摩擦力增加幅度从15％增加到45％，该结果表明单层二硫化钼和AFM探针之间的摩擦在电子束照射下增加，而增加的程度随着加速电压和电子束电流而增加。利用上述关系可以调控二硫化钼的摩擦力。
另外，为了对比，在本发明另一实施例中，重复了对双层二硫化钼的测量，图7为本发明实施例中双层二硫化钼的相对摩擦力与加速电压、电子束电流的关系，可以看到，无论电子束的加速电压和电子束电流如何，相对摩擦都在0.95到1.1的范围内。考虑到摩擦力测量的误差和电子束的干扰，这种无序的相对摩擦力仅略微超过1.0意味着电子束照射对双层二硫化钼上的摩擦几乎没有影响。
在另一实施例中，二硫化钼的摩擦特征数据还包括单层二硫化钼的摩擦力数据与摩擦时间的关系，其中，摩擦力数据也可以用相对摩擦力表示。
图8为本发明实施中单层二硫化钼的相对摩擦力与摩擦时间的关系的示意图，该摩擦时间是在20kV加速电压和50nA束电流的电子束照射下测得的。当使用新的AFM探针时，相对摩擦力较高，在电子束照射下，单层二硫化钼上的摩擦力明显增加。随着摩擦时间的增加，相对摩擦力逐渐减小，摩擦超过9小时后，相对摩擦力减小到约1.1。推断这种现象源于AFM探针配置的逐渐变化。随着摩擦时间的增加，AFM探针的顶点磨损，探针半径逐渐增大，导致接触面积增大。这将使电子束不能直接照射接触区域，从而降低电子束照射的影响。该结果可能表明电子照射对单层二硫化钼上的摩擦力的影响仅在照射区域附近有效，并且不能沿着单层二硫化钼的表面传递。因此，后续在调控二硫化钼对应的摩擦副的摩擦力时，最好应调控照射区域的摩擦副的摩擦力。
在获得二硫化钼的摩擦特征数据后，即进入在步骤103中，二硫化钼作为一种软金属用途广泛，是重要的固体润滑剂，特别适用于高温高压下，它还有抗磁性，可用作线性光电导体和显示P型或N型导电性能的半导体，具有整流和换能的作用。在上述用途中，经常需要获得二硫化钼对应的摩擦副的摩擦力，例如，二硫化钼作为固体润滑剂用在设备上，需要调控其摩擦力至目标摩擦力。
在一实施例中，基于二硫化钼的摩擦特征数据，控制电子束照射二硫化钼，以调控二硫化钼对应的摩擦副的摩擦力至目标摩擦力，包括：
根据摩擦力数据与加速电压、电子束电流的关系，调控扫描电子显微镜的加速电压和电子束电流，直至二硫化钼对应的摩擦副的摩擦力至目标摩擦力。
在上述实施例中，可根据图6所示的单层二硫化钼的相对摩擦力与加速电压、电子束电流的关系，以及目标摩擦力生成电子束控制命令，所述电子束控制命令可包括目标摩擦力对应的加速电压和电子束电流，将电子束控制命令发送至扫描电子显微镜，扫描电子显微镜的电子束发射器根据电子束控制命令中的加速电压和电子束电流发射电子束，同时采集二硫化钼对应的摩擦副的摩擦力，直至二硫化钼对应的摩擦副的摩擦力至目标摩擦力。
综上所述，在本发明实施例提出的方法中，获得不同电子束照射条件下二硫化钼对应的摩擦副的摩擦力数据，所述不同电子束照射条件包括不同的加速电压条件和不同的电子束电流条件；根据不同电子束照射条件下二硫化钼对应的摩擦副的摩擦力数据，获得二硫化钼的摩擦特征数据；在获得二硫化钼的目标摩擦力后，基于二硫化钼的摩擦特征数据，控制电子束照射二硫化钼，以调控二硫化钼对应的摩擦副的摩擦力至目标摩擦力。在上述过程中，根据不同电子束照射条件下二硫化钼对应的摩擦副的摩擦力数据，获得了二硫化钼的摩擦特征数据，之后在每次获得二硫化钼的目标摩擦力后，都可以基于二硫化钼的摩擦特征数据，控制电子束照射二硫化钼，以调控二硫化钼对应的摩擦副的摩擦力至目标摩擦力，而通过电子束照射二硫化钼实现二硫化钼的摩擦调控过程不受摩擦副的表面的静电力的干扰，因而调控准确率高。
基于同样的发明构思，本发明实施例还提供了一种二硫化钼的摩擦调控装置，如下面的实施例所述。由于这些解决问题的原理与二硫化钼的摩擦调控方法相似，因此装置的实施可以参见方法的实施，重复之处不在赘述。
图9为本发明实施例中二硫化钼的摩擦调控装置的示意图，如图9所示，该装置包括：
摩擦力数据获得模块901，用于获得不同电子束照射条件下二硫化钼对应的摩擦副的摩擦力数据，所述不同电子束照射条件包括不同的加速电压条件和不同的电子束电流条件；
摩擦特征数据获得模块902，用于根据不同电子束照射条件下二硫化钼对应的摩擦副的摩擦力数据，获得二硫化钼的摩擦特征数据；
调控模块903，用于在获得二硫化钼的目标摩擦力后，基于二硫化钼的摩擦特征数据，控制电子束照射二硫化钼，以调控二硫化钼对应的摩擦副的摩擦力至目标摩擦力。
在一实施例中，二硫化钼对应的摩擦副为二硫化钼与原子力显微镜探针形成的摩擦副。
在一实施例中，摩擦力数据获得模块901具体用于：
获得多组电子束照射条件；
针对每一组电子束照射条件，控制扫描电子显微镜的加速电压和电子束电流满足该组电子束照射条件；
在原子力显微镜探针在二硫化钼表面以设定扫描速度移动时，获得每一组电子束照射条件下二硫化钼与原子力显微镜探针之间的摩擦力数据。
在一实施例中，二硫化钼的摩擦特征数据包括摩擦力数据与加速电压、电子束电流的关系；
摩擦特征数据获得模块902具体用于：
根据多组电子束照射条件下二硫化钼与原子力显微镜探针之间的摩擦力数据，获得摩擦力数据与加速电压、电子束电流的关系。
在一实施例中，调控模块903具体用于：
根据摩擦力数据与加速电压、电子束电流的关系，调控扫描电子显微镜的加速电压和电子束电流，直至二硫化钼对应的摩擦副的摩擦力至目标摩擦力。
在一实施例中，所述二硫化钼为单层二硫化钼。
综上所述，在本发明实施例提出的装置中，获得不同电子束照射条件下二硫化钼对应的摩擦副的摩擦力数据，所述不同电子束照射条件包括不同的加速电压条件和不同的电子束电流条件；根据不同电子束照射条件下二硫化钼对应的摩擦副的摩擦力数据，获得二硫化钼的摩擦特征数据；在获得二硫化钼的目标摩擦力后，基于二硫化钼的摩擦特征数据，控制电子束照射二硫化钼，以调控二硫化钼对应的摩擦副的摩擦力至目标摩擦力。在上述过程中，根据不同电子束照射条件下二硫化钼对应的摩擦副的摩擦力数据，获得了二硫化钼的摩擦特征数据，之后在每次获得二硫化钼的目标摩擦力后，都可以基于二硫化钼的摩擦特征数据，控制电子束照射二硫化钼，以调控二硫化钼对应的摩擦副的摩擦力至目标摩擦力，而通过电子束照射二硫化钼实现二硫化钼的摩擦调控过程不受摩擦副的表面的静电力的干扰，因而调控准确率高。
本发明实施例还提出一种二硫化钼的摩擦调控系统，图10为本发明实施例提出的二硫化钼的摩擦调控系统的示意图，该系统包括：上述二硫化钼的摩擦调控装置1001，原子力显微镜1002，扫描电子显微镜1003，其中，
原子力显微镜1002，用于通过原子力显微镜探针在二硫化钼表面以设定扫描速度移动，获得不同电子束照射条件下二硫化钼与原子力显微镜探针之间的摩擦力数据，并将所述摩擦力数据发送至二硫化钼的摩擦调控装置；
扫描电子显微镜1003，用于接收电子束控制命令，根据电子束控制命令发射电子束，所述电子束控制命令包括不同电子束照射条件；
二硫化钼的摩擦调控装置1001还用于，向原子力显微镜发送电子束控制命令；接收所述摩擦力数据。
在上述系统中，二硫化钼的摩擦调控装置根据得二硫化钼的目标摩擦力，以及摩擦力数据与加速电压、电子束电流的关系，获得目标摩擦力对应的加速电压和电子束电流，生成电子束控制命令，发送给扫描电子显微镜1003，之后扫描电子显微镜1003即可根据该电子束控制命令发送电子束。
在本发明实施例提出的系统中，包括二硫化钼的摩擦调控装置，因此可以根据不同电子束照射条件下二硫化钼对应的摩擦副的摩擦力数据，获得了二硫化钼的摩擦特征数据，之后在每次获得二硫化钼的目标摩擦力后，都可以基于二硫化钼的摩擦特征数据，控制电子束照射二硫化钼，以调控二硫化钼对应的摩擦副的摩擦力至目标摩擦力，而通过电子束照射二硫化钼实现二硫化钼的摩擦调控过程不受摩擦副的表面的静电力的干扰，因而调控准确率高。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种二硫化钼的摩擦调控方法，其特征在于，包括：
获得不同电子束照射条件下二硫化钼对应的摩擦副的摩擦力数据，所述不同电子束照射条件包括不同的加速电压条件和不同的电子束电流条件；二硫化钼对应的摩擦副为二硫化钼与原子力显微镜探针之间形成的摩擦副；
根据不同电子束照射条件下二硫化钼对应的摩擦副的摩擦力数据，获得二硫化钼的摩擦特征数据；
在获得二硫化钼的目标摩擦力后，基于二硫化钼的摩擦特征数据，控制电子束照射二硫化钼，以调控二硫化钼对应的摩擦副的摩擦力至目标摩擦力。
2.如权利要求1所述的二硫化钼的摩擦调控方法，其特征在于，获得不同电子束照射条件下二硫化钼对应的摩擦副的摩擦力数据，包括：
获得多组电子束照射条件；
针对每一组电子束照射条件，控制扫描电子显微镜的加速电压和电子束电流满足该组电子束照射条件；
在原子力显微镜探针在二硫化钼表面以设定扫描速度移动时，获得每一组电子束照射条件下二硫化钼与原子力显微镜探针之间的摩擦力数据。
3.如权利要求2所述的二硫化钼的摩擦调控方法，其特征在于，二硫化钼的摩擦特征数据包括摩擦力数据与加速电压、电子束电流的关系；
根据不同电子束照射条件下二硫化钼对应的摩擦副的摩擦力数据，获得二硫化钼的摩擦特征数据，包括：
根据多组电子束照射条件下二硫化钼与原子力显微镜探针之间的摩擦力数据，获得摩擦力数据与加速电压、电子束电流的关系。
4.如权利要求3所述的二硫化钼的摩擦调控方法，其特征在于，基于二硫化钼的摩擦特征数据，控制电子束照射二硫化钼，以调控二硫化钼对应的摩擦副的摩擦力至目标摩擦力，包括：
根据摩擦力数据与加速电压、电子束电流的关系，调控扫描电子显微镜的加速电压和电子束电流，直至二硫化钼对应的摩擦副的摩擦力至目标摩擦力。
5.如权利要求1所述的二硫化钼的摩擦调控方法，其特征在于，所述二硫化钼为单层二硫化钼。
6.一种二硫化钼的摩擦调控装置，其特征在于，包括：
摩擦力数据获得模块，用于获得不同电子束照射条件下二硫化钼对应的摩擦副的摩擦力数据，所述不同电子束照射条件包括不同的加速电压条件和不同的电子束电流条件；
摩擦特征数据获得模块，用于根据不同电子束照射条件下二硫化钼对应的摩擦副的摩擦力数据，获得二硫化钼的摩擦特征数据；
调控模块，用于在获得二硫化钼的目标摩擦力后，基于二硫化钼的摩擦特征数据，控制电子束照射二硫化钼，以调控二硫化钼对应的摩擦副的摩擦力至目标摩擦力。
7.一种二硫化钼的摩擦调控系统，其特征在于，包括：权利要求6所述的二硫化钼的摩擦调控装置，原子力显微镜，扫描电子显微镜，其中，
原子力显微镜，用于通过原子力显微镜探针在二硫化钼表面以设定扫描速度移动，获得不同电子束照射条件下二硫化钼与原子力显微镜探针之间的摩擦力数据，并将所述摩擦力数据发送至二硫化钼的摩擦调控装置；
扫描电子显微镜，用于接收电子束控制命令，根据电子束控制命令发射电子束，所述电子束控制命令包括不同电子束照射条件；
二硫化钼的摩擦调控装置还用于，向原子力显微镜发送电子束控制命令；接收所述摩擦力数据。
8.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至5任一项所述方法。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有执行权利要求1至5任一项所述方法的计算机程序。
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CN113848178B (zh) * 2021-08-09 2022-08-05 清华大学 用于声子耗散的超快光与非接触摩擦区的耦合装置
CN114214101B (zh) * 2021-12-28 2022-08-12 山东大学 一种构筑界面液滴调节二硫化钼摩擦力的方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1085855C (zh) * 1998-12-25 2002-05-29 清华大学 对金属/陶瓷摩擦副的摩擦系数进行主动控制的方法
US7968503B2 (en) * 2004-06-07 2011-06-28 Ppg Industries Ohio, Inc. Molybdenum comprising nanomaterials and related nanotechnology
US7304020B1 (en) * 2006-08-21 2007-12-04 Dmitry Tananko Nano-particle metal treatment composition for creating a ceramic-metal layer
CN102102805A (zh) * 2009-12-16 2011-06-22 清华大学 表面活性剂水溶液中金属摩擦副摩擦系数的主动控制方法
CN109696570B (zh) * 2017-10-24 2020-03-10 清华大学 摩擦界面微观电性的探测装置及方法
CN109030870B (zh) * 2018-07-19 2019-10-25 清华大学 二维层状材料包裹原子力显微镜探针及其制备方法以及应用
CN109633211B (zh) * 2019-01-22 2021-06-22 湘潭大学 一种表征二维材料极限剪切应力各向异性的方法

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