石墨烯作为一种具有蜂窝状晶格结构的二维材料,不仅具有极高的弹性模量和断裂强度,而且呈现出丰富的界面力学特性。近年来,石墨烯以其优异的物理、力学性质催生了许多重要的科学发现,特别是在微纳米机械电子器件,纳米及亚纳米尺度介质输运,二维材料超导等领域推动了一系列突破性进展。由于石墨烯的原子级厚度和巨大的比表面积,其界面范德华力可显著影响石墨烯自身的弹性变形,进而决定了材料和器件的宏观性能。当聚焦于纳米甚至亚纳米尺度,堆垛效应、尺寸效应以及外场调控等均会对石墨烯的物理、力学特性产生重要的影响。因此,开展跨尺度的石墨烯范德华界面力学性质研究,不仅在微纳米力学和物理力学等基础学科领域有重要意义,同时还能够推动新一代二维材料机械电子器件的研究。本论文围绕多尺度下石墨烯范德华界面力学中的关键科学问题,研究了新型石墨烯范德华界面的构筑方法,提出了微米尺度下石墨烯范德华界面黏附能精确测量方法,研究了纳尺度范德华界面清洁效应及力学机制,探究了石墨烯体系中亚纳米尺度的原子重构及力学机理。具体内容有以下三个方面:1、构筑单层石墨烯/氧化硅和单层石墨烯/多层石墨烯两种范德华界面体系。借助微孔鼓泡-原子力探针-显微拉曼光谱联用技术,原位监测石墨烯鼓泡内外位移场和应变场信息,研究比较两种范德华界面下黏附能的差异。实验结果表明石墨烯/石墨烯界面黏附能为120±20 mJ/m2,石墨烯/氧化硅界面黏附能为260±40 mJ/m2。提出边界滑移条件下的力学分析模型,揭示出强弱两种界面作用对石墨烯鼓泡面内应变分布的影响。研究了拉伸变形下单层石墨烯摩擦系数随应变的变化关系。通过应变调控表面摩擦力大小实现了石墨烯的超润滑。2、利用界面黏附能差异,提出构筑二维材料范德华界面新策略,实现了角度可控、表面无覆盖层的双层石墨烯制备。利用摩擦力显微镜技术表征了由于晶格失配导致的石墨烯莫尔云纹,并对双层石墨烯界面中的纳米液泡进行表征分析,揭示出弹性变形能和界面能主导的纳米液泡的特征弹性毛细常数。利用探针技术对纳米液泡的操控发现:1)石墨烯范德华界面的纳尺度清洁效应;2)纳米液泡边缘失稳现象;3)相邻液泡之间存在长程相互作用下的自发融合。通过力学模型以及原位加载实验进一步揭示了应变对于鼓泡弹性毛细常数和长程相互作用的调控。相关实验结果得到分子动力学模拟验证。3、调控石墨烯范德华界面的堆垛角度,研究了亚纳米尺度上石墨烯原子重构行为。基于导电原子力显微镜技术表征转角石墨烯/多层石墨烯体系,发现石墨烯莫尔云纹从连续到离散化的转变。将离散原子模型与连续介质力学模型相结合,揭示了原子尺度的界面范德华作用力与面内晶格弹性变形的竞争机制,提出了原子重构行为的力学机理。推导得出二维材料范德华作用与面内剪切模量决定的特征参数——临界扭转角度。通过对石墨烯莫尔云纹的变形分析,实现了纳米尺度应变场的测量,应变精度达到万分之一。通过外场应变作用实现了对原子重构行为的调控。