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随微/纳米技术的快速发展,微/纳电子元件的研究取得了突破性进展,并在生活中得到了广泛应用。然而,由于微/纳电子元件微尺寸效应的影响,微/纳电子元件的相互作用机理和现象与传统电子元件截然不同,部分连续介质理论已不再适用。非接触摩擦学研究不仅可以解决微/纳电子元件中存在的共性技术问题,而且在提高微/纳电子元件工作可靠性和性能等方面具有重要的理论指导意义。 论文通过分子动力学模拟研究纳米间距Cu-Al纳米薄膜的相互作用特性,为设计微/纳电子元件提供了基本依据,为深入研究非接触摩擦奠定了理论基础。 首先,以涨落电磁场为基础,分析了微/纳尺度下非接触表面间存在的范德华力、静电力和Casimir力的特点。 其次,利用Materials Studio建立纳米间距Cu-Al纳米薄膜模型,研究其相对靠近时的相互作用特性。研究表明,在间距从16(A)减小到7(A)过程中,相互作用强度几乎不变;在7(A)以下时,相互作用强度明显增强。尺寸效应、空位缺陷尺寸、薄膜涂层、体系温度及薄膜间距对纳米间距Cu-Al纳米薄膜相对靠近时的相互作用强度影响较大,而空位缺陷形状对其相互作用的影响并不敏感。 最后,研究了纳米间距Cu-Al纳米薄膜发生侧向滑动时的相互作用特性。研究表明,在整个侧向滑移位移0(A)到60(A)过程中,相互作用强度随着侧向位移的增加而减弱。尺寸效应、空位缺陷尺寸、薄膜涂层、体系温度及薄膜间距对纳米间距Cu-Al纳米薄膜侧向滑动时的相互作用强度影响较大,而空位缺陷形状对其相互作用的影响并不敏感。 所获得的研究成果扩展了传统接触摩擦学的研究范围,对测量微小力和设计微/纳电子元件具有重要意义,并为微/纳电子元件的进一步应用提供了理论基础和依据。