石墨烯作为典型的二维晶体材料,由单层碳原子构成。它凭借自身优异的力学、电学、热力学特性和稳定的化学特性,在全球范围内引起了广泛的关注,并在柔性电子元器件、能量存储、散热材料等领域具有潜在的应用前景。然而,在器件的设计和应用过程中,需要考虑摩擦这一常见的物理现象。因此,观察石墨烯微观的摩擦行为,预测不同因素影响下摩擦现象的变化规律,并在此基础上探究摩擦的起源是进一步根据设计需求调控摩擦力的前提。本文采用分子动力学模拟作为主要研究手段,观察石墨烯滑动过程中的受力情况以及能量耗散特征,探究滑动速度、温度、外加弹簧刚度以及界面接触状态对石墨烯摩擦特性的影响,并结合原子显微镜的实验方法,探究石墨烯摩擦的各向异性,完善对于石墨摩擦学特性的认知。首先参照Prandtl-Tomlison理论模型和原子力学显微镜的实验原理,在LAMMPS软件中建立石墨烯摩擦的分子动力学模型,观察相对滑动过程中的摩擦特征,以及速度和温度因素对于摩擦过程中能量耗散的影响。研究结果表明,当滑动速度较低时,石墨烯针尖充分感受到石墨烯基底产生的周期性相互作用势。此时瞬时摩擦力具有较强的周期性,且针尖的周期性运动由粘滞和滑动两部分组成,符合粘滑现象的特征。随着滑动速度的不断提升,摩擦力以及滑动过程中的能量耗散呈现先下降再上升再下降的变化趋势。主动调控针尖及基底的设定温度,发现低速时,摩擦力随设定温度的上升而下降。在了解石墨烯相对滑动过程中的摩擦特征后,通过观察外加弹簧刚度以及界面接触状态对于石墨烯摩擦特征的影响,进一步探索粘滑现象以及超滑状态存在的条件,以及其中的关键因素和作用机理。研究结果表明,在低速滑动的条件下,当外加弹簧刚度小于界面刚度时,针尖处于弹性失稳的状态,因此产生了粘滑效应。而当外加弹簧刚度大于界面刚度时,针尖不具备弹性失稳的条件,其运动状态由粘滑运动转变为连续滑动,最终滑动过程中的摩擦力与能量耗散都大幅减少,针尖处于超滑状态。依据石墨烯的正六边形晶格结构,将基底相对针尖旋转以形成不同的界面接触状态。后续研究表明,当针尖与基底的接触状态由公度接触转变为非公度接触状态,层间作用势的势垒高度显著下降,摩擦过程中产生的能量耗散也大幅减少,最终达到超滑状态。最后使用原子力显微镜探究石墨烯摩擦的各向异性。在确定石墨烯样品表面晶格结构后,旋转样品,使得硅针尖沿着石墨烯表面不同方向滑动,观察摩擦信号的变化。研究结果表明,石墨烯摩擦具有显著的各向异性。当针尖沿Armchair方向滑动时摩擦力大于Zigzag方向,且在4μm/s～500μm/s范围内,摩擦信号随着滑动速度上升而增强。通过本文的模拟计算,探究滑动速度、温度、弹簧刚度以及界面接触模式等因素对石墨烯摩擦特性以及能量耗散的影响。同时通过实验研究,证实了石墨烯的纳米摩擦学特性具有各向异性。这些工作都为未来石墨烯的应用和微纳电子元器件的设计提供了数据参照和设计依据。