研究亮点：在这项工作中，发现使用简化模型可以深入研究界面区域发生的基本机制，研究结果能够为如何以特定和受控的方式调整金刚石和DLC涂层的粘附力提供了有价值的见解。

研究背景：

1、金刚石和类金刚石碳（DLC）涂层以其出色的摩擦学和机械性能组合而闻名，如低摩擦系数和磨损率，以及高硬度和弹性模量。它们使用的1个重大限制是它们从基材上剥落；因此，探索如何通过化学修饰DLCs的表面来调节DLCs的粘附是有意义的。

2、调整两种材料之间粘附力的1种可能方法是对它们的表面进行化学改性。

研究思路：

在这项工作中，研究了金刚石/铜界面的粘附力，还考虑了由于重建和吸附原子引起的表面改性的影响。目的不是尽可能接近现实地模拟系统，而是了解其定性地应用于其他情况的基本机制。选择铜作为过渡金属的代表，过渡金属具有部分填充的 D 壳层。尽管每种金属都有其特定的电子特性，但希望结果对于广泛的金刚石/过渡金属界面类来说是通用的。表面的化学修饰是通过将原子种类插入两个板块之间作为简单原子引入的。虽然稳定，但这可能不是能量上最有利的几何结构（相对于替代或间隙位点）。然而，对于所有情况，在此主要研究重点是确定当两个表面之间的粘附力增强或淬火时起作用的基本机制，从而使系统尽可能简单。B、P、O、F、H、N、S 被选为遵循不同标准的化学物质：O 和 H 是常见的污染物，F、S 和 P 是摩擦学界众所周知的元素，因为它们在润滑油添加剂中起着重要作用，B 和N已被选择用作掺杂剂。采用25% 的覆盖率，因为它是金属吸附的最有利配置。从清洁表面的键序分析和表征其反应性入手，分析吸附原子的吸附过程。通过分析非重构和Pandey重构的C（111）/Cu（111）界面作为代表性模型，以深入了解金刚石和 DLCs 涂层在过渡金属基材上通过化学改性和表面重构的附着力调节。然后，根据键序分析研究和解释了表面重构和吸附原子吸附对界面粘附的影响。

主要结论：

1、首先，对所考虑的吸附原子（B、P、F、O、H、N、S）在3个优化表面（Cu（111）、C（111）和Pandey）上的吸附进行了分析：在未重构的金刚石表面上，吸附总是更有利的，只有硫是唯一对铜更有利的原子物种。由于其化学惰性，Pandey重建表面上的吸附总是不如其他两个表面有利。此外，功函数的分析表明，吸附引起的功函数变化与偶极变化之间存在线性关系，斜率为170.9 eV⸱Å/e. 功函数变化的符号可以很容易地用 adatom 和衬底之间的相对电负性来解释。

2、计算 C（111）/Cu（111）和 Pandey/Cu（111）界面的粘附能，研究如何调整它们。发现表面石墨化的增加会导致粘附力降低，这与界面区域的电子电荷积累量减少有关。吸附原子嵌入导致金刚石/DLC 与表面 sp3 的粘附淬火悬垂键：氟和硫是最有效的，可降低 96% 和 74% 的粘附力。此外，还可以通过增加表面石墨化和玩弄原子种类插层来微调粘附力。事实上，两者都N特别是 B 增加了 Pandey 和 Cu（111） 之间的附着力（分别增加了 46% 和 159%），而 S 和 F 再次在降低它方面最强大（分别下降了 100% 和 96%）。在实际条件下，表面通常会重建、饱和或显示表面能较低的面，因此我们预计 B 和N在增加粘附力方面，它们对 sp3 的粘附减少效果（不是那么有效）将是主要的，就像表面配置一样。

3、对界面区域中原子键序的研究可以区分和量化对粘附调节的不同贡献，起作用的主要因素是充当表面之间化学桥梁的吸附原子和两者之间留下的残留相互作用。特别是，当存在高度的表面石墨化时，金刚石和铜表面本身不会相互作用，因此增加附着力的最佳方法是找到能够充当化学桥的化学物质（例如 B 和 N），以补偿表面之间缺乏相互作用。相反，粘附力降低∼无论表面石墨化程度如何，都可以通过选择不与配合表面结合并防止板坯之间相互作用的原子种类（即 F 和 S）来实现100%。

文章信息：

1、Elisa Damiani，Margherita Marsili，M. Clelia Righi. Tuning the adhesion of diamond/copper interfaces through surface chemical modifications and reconstruction[J]. Carbon, 2024, 119555, ISSN 0008-6223.

https://doi.org/10.1016/j.carbon.2024.119555.

(https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0008622324007747)

2、作者团队来自意大利博洛尼亚大学物理与天文学系。