基于层状材料的纳米机电系统(NEMS)通常依赖于扭曲和弯曲等机械变形，这些过程涉及层的相对滑动，为了充分了解h-BN在机电设备中的应用，追踪h-BN的堆垛稳定性以及不同堆垛之间转换的潜在机制相当重要。

       中国科学院兰州化学物理研究所科学数据中心开展了h-BN摩擦性能的计算研究，并获得相应进展。

图1形成能与应变的关系。（a）Cu衬底（b）Ni衬底。

       研究人员开展了h-BN在金属衬底上堆垛稳定性的差异（图1）以及其潜在机制分析的工作，相关结果可以为进一步理解基于二维材料的纳米机电系统的工作机制(即层间相对滑动)提供理论指导。

图2 Cu 3d和h-BN p轨道的PDOS分析。

（a）和（c）界面结构（b）和（d）Cu和h-BN在分离状态下的Cu 3d和h-BN p轨道。（a）和（b）AA2堆垛（c）和（d）AB1堆垛。

       由于两种金属衬底的4s轨道和p轨道的电子结构相似，因此界面的相互作用主要取决于3d态。A表示3d-p PDOS的重叠区域(曲线的重叠是两个PDOS峰的共振，其相对大小表示两个轨道的杂化强度)。结果表明Cu和h-BN之间的相互作用要弱得多（图2），而h-BN在Ni表面被强烈的化学吸附（图3）。

图3 Ni 3d和h-BN p轨道的PDOS分析。

（a）和（c）界面结构（b）和（d）Ni和h-BN在分离状态下的Ni 3d和h-BN p轨道。此外，（a）和（b）AA2堆垛（c）和（d）AB1堆垛。

       深入探讨界面电荷转移的差异，这是在原子水平上影响层间滑移的主要原因。对于Cu金属衬底（图4），随着应变的增大，总电荷转移先减小后增大。在Ni衬底上，两种堆垛界面的总电荷转移量随拉伸应变增大而增大，随压缩应变减小（图5）。

图4 电荷在分布。（a）AA2（b）AB1。

图5 电荷在分布。（a）AA2（b）AB1。

       H-BN在Cu衬底上的相变主要表现为形成能能随应变的变化。更确切地说，能量应变曲线斜率变化的差异导致了相变行为。而界面电荷再分布随应变的变化表明相变最终归因于界面总电荷密度随应变的变化率。

       相关工作以“Analysis of the microscopic mechanism of the stacking stability of h-BN on a metal substrate under external force”为题发表在Surfaces and Interfaces (39 (2023) 102947)上。牛媛为该论文第一作者，何文豪和鲁志斌为通讯作者。