摩擦现象对人类的生产和生活有着不可忽视的影响。世界上有大约1/3-1/2的一次性能源消耗在摩擦过程中,世界上工业发达国家由于摩擦和磨损引起的损失占了国民生产总值(GDP)的5%-7%。所以对摩擦的研究至关重要,从四世纪开始,人们已经开始对摩擦进行研究,最基本的摩擦学规律是阿蒙顿定律。随着科学技术的发展,现代精密器件的尺寸越来越小,比表面积越来越大,摩擦对微电子机械器件的正常运行和使用寿命有着决定性的影响。科学家在对一些材料研究中发现了超润滑现象,超润滑指摩擦因数为0或无限接近于0,超润滑的发现为现代微纳机械系统设计和制造带来了希望。理论研究表明最有可能产生超润滑现象的材料就是二维材料,如石墨烯,二硫化钼,六方氮化硼等。这些二维材料由于晶面原子间有极强的化学键,晶面间不易发生形变,同时层间有很弱的范德华力,界面间滑动时的摩擦力更易接近零。随后在实验中也证实了超润滑现象验证了理论预测。软金属Ag,Cu的优良润滑性能使它们被应用于精密仪器的制造。但是随着科学技术的飞速发展,在超高精密仪器或微电子机械系统的滑动界面需要非常低的摩擦甚至没有摩擦。这就对润滑材料有了更苛刻的要求,传统的软金属Ag,Cu的润滑性能已不能满足需要,超润滑(Superlubricity)(指发生相对运动的物体间的摩擦力几乎为零甚至完全消失的现象)性能的发现和研究为更高摩擦学性能需求的器件和微电子机械系统带来了希望。二维材料(石墨烯,MoS2,WO2等)在特定的实验条件下摩擦力消失摩擦因数为零出现超润滑现象,但是,都有不足之处,就拿石墨烯来说,承受一定载荷后滑动会引起边缘起皱,这种面内形变会引起摩擦因数升高导致超润滑失效。于是,我们希望把石墨烯附着在软金属表面上作为润滑层,一方面保护金属层,另一方面改善表面的润滑性能,满足机械系统所需要的超低摩擦要求。本文中运用第一性原理密度泛函理论(DFT)系统地研究了在微纳尺度下金属与金属界面,金属与石墨烯界面和通过石墨修饰的金属界面的摩擦性能研究。我们的研究发现了金属与金属界面在微尺度下仍遵守阿蒙顿定律;金属与石墨烯界面有着极低的摩擦因数是由界面间较弱的物理吸附引起的;石墨修饰的金属界面产生了超润滑现象,比单独的石墨烯界面更易实现超润滑。