近年来,石墨烯等二维材料因为具有良好的摩擦、力学特性而引起了许多研究者的广泛关注。然而,其微观摩擦、磨损机理尚不清楚。基于前期合作者实验的基础上,我们采用分子动力学模拟了包覆石墨烯的金刚石探针在单晶石墨基底上滑动,以此模拟合作者实验中多粗糙峰的接触摩擦行为。相比于公度接触状态,当包覆在粗糙峰上的石墨烯片与基底的晶格取向呈不匹配的角度时,展示了周期性的摩尔纹并且得到了低摩擦系数。因此,石墨烯微球的超低摩擦归结于多粗糙峰上包覆的随机取向的多晶纳米石墨烯薄膜与基底呈整体不公度接触。然后,我们也引入了TIP4P水模型,Reax FF反应力场和水分子模拟了非反应和反应的两种湿度环境。模拟结果展示了石墨烯的疏水特性使得水分子远离接触区,结果也证明了干摩擦和湿摩擦条件下石墨烯微球的滑动摩擦对环境相对湿度不敏感,且具有不变的超低摩擦特性。然而,实际工程或者实验中,纳米尺度的磨损是阻碍微、纳机械系统的性能和寿命的主要因素之一,如原子力显微镜中扫描探针的磨损,磁存储系统中磁头-磁盘界面的磨损,微纳机电系统中运动部件的磨损等。本研究课题中,我们提出构建石墨烯/石墨烯接触界面结构来抑制纳米尺度的磨损,运用分子动力学模拟展示了具有台阶、无定形原子级粗糙形貌的表面结构会导致显著的接触应力分布不均。而通过对摩擦副表面均覆盖石墨烯镀层,由于原子级粗糙度导致的接触应力波动得以有效抑制。此外,随着包覆石墨烯镀层的层数增加,这种接触应力被削弱的趋势更加明显。进一步的,我们做了纳米划痕模拟,结果表明由于不均匀的应力分布诱发粗糙探针和基底之间原子的侧向“互锁”,以及滑动摩擦过程中导致石墨烯面内晶格变形和碳-碳键的断裂,这些共同作用造成了石墨烯的破裂和磨损。通过对粗糙无定形碳探针包覆石墨烯,由于原子级光滑的石墨烯/石墨烯接触界面削弱了原子级互锁效应,导致石墨烯基底磨损失效的极限载荷大大提升。这一研究揭示了一种降低、减少磨损的方案:可以通过构建光滑的石墨烯/石墨烯的接触表面结构改善接触条件,进一步抑制、降低局部应力的波动,这也为设计抗磨损镀层以提升原子力显微镜探针和微纳机电系统寿命提供了一种参考。