A molecular dynamics study on the tribological behavior of molybdenum disulfide with grain boundary defects during scrat
- PDF / 9,534,192 Bytes
- 15 Pages / 582.68 x 799.737 pts Page_size
- 51 Downloads / 221 Views
		    ISSN 2223-7690 CN 10-1237/TH
 
 RESEARCH ARTICLE
 
 A molecular dynamics study on the tribological behavior of molybdenum disulfide with grain boundary defects during scratching processes   Boyu WEI1, Ning KONG1,*, Jie ZHANG1, Hongbo LI1, Zhenjun HONG1, Hongtao ZHU2, Yuan ZHUANG3, Bo WANG3 1
 
 School of Mechanical Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China
 
 2
 
 School of Mechanical, Materials & Mechatronics Engineering, University of Wollongong, Wollongong, NSW 2522, Australia
 
 3
 
 Beijing Institute of Spacecraft System Engineering, Beijing 100094, China
 
 Received: 14 June 2020 / Revised: 26 August 2020 / Accepted: 28 September 2020
 
 © The author(s) 2020. Abstract:  The  effect  of  grain  boundary  (GB)  defects  on  the  tribological  properties  of  MoS2  has  been  investigated by molecular dynamics (MD) simulations. The GB defects‐containing MoS2 during scratching  process  shows  a  lower  critical  breaking  load  than  that  of  indentation  process,  owing  to  the  combined  effect of pushing and interlocking actions between the tip and MoS 2 atoms. The wear resistance of MoS2  with  GB  defects  is  relevant  to  the  misorientation  angle  due  to  the  accumulation  of  long  MoS  bonds  around the GBs. Weakening the adhesion strength between the MoS 2 and substrate is an efficient way to  improve the wear resistance of MoS 2 with low‐angle GBs.    Keywords: MoS2; grain boundary; tribological behavior; molecular dynamics; misorientation angle     
 
 1    Introduction  In  recent  years,  two‐dimensional  (2D)  transition  metal dichalcogenides (TMDCs) have caused great  attentions  due  to  their  excellent  physical,  mechanical  and  tribology  properties  [1−5].  As  a  representative  of  TMDCs,  MoS2  has  a  layered  hexagonal  crystal  structure,  which  consists  of  one  metal  Mo  layer  and  two  S  layers  [6].  Due  to  its  strong  covalent  bonding  in  molecular  layer  [7],  single‐layer  MoS2  (SL‐MoS2)  shows  extraordinary  mechanical  properties,  such  as  the  high  effective  in‐plane  Young’s  modulus  [6,  8]  and  low  bending  modulus [9]. The weak van der Waals interactions  in  the  interlayer  of  MoS2  make  shear  more  easily,  which  is  the  main  reason  for  the  low  friction  of  MoS 2  [10−12].  Base  on  the  excellent  mechanical  and tribological properties, MoS2 is commonly used 
 
 as  solid  lubricant  [13]  and  wear  resistant  coating  [14],  and  is  utilized  as  an  additive  in  lubricating  oils [13]. Due to the monolayer thickness, SL‐MoS 2  and  thin  film  MoS2  present  a  number  of  potential  applications  to  serve  as  lubricant  materials  in  microelectromechanical  systems  (MEMS)  [10,  11].  Under  specific  conditions,  SL‐MoS2  and  thin  film  MoS2 even show a lower friction than graphene [15,  16].  Moreover,  the  super‐lubricity  phenomena  are  observed  in  MoS2–MoS2  [17]  and  MoS2–Sb  [18]  contacts as well.  SL‐MoS2  with  high‐quality  and  large‐area  is  required  to  achieve  the  applicati		
Data Loading...
 
	 
	 
	 
	 
	 
	 
	 
	 
	 
	 
	