随着现代微/纳机电系统（M/NEMS）的不断小型化,研究和开发稳定的固体润滑剂对于提高这些设备的效率、耐用性和延长使用寿命都非常重要。石墨烯作为一种二维材料,得益于其原子级光滑的惰性表面和完美的蜂窝状晶体结构,非常适合作为微/纳机电系统的润滑剂。但是,微/纳机电系统常常伴随着高温高速等工作环境,这会引起石墨烯摩擦性能的改变,从而导致微/纳器件出现磨损甚至失效。因此,研究影响石墨烯摩擦性能的因素及其背后的摩擦机理将促进石墨烯和其他相关二维材料在微/纳机电系统中作为润滑剂的工程应用。本文采用机械剥离法来制备单层及多层石墨烯,通过原子力显微镜（AFM）研究了石墨烯在不同环境下的摩擦性能以及影响石墨烯摩擦性能背后的摩擦机理。主要研究内容及实验结果如下:1.高温环境下石墨烯摩擦性能变化对其作为固体润滑剂的性能具有重要影响。通过AFM研究了石墨烯在空气中退火后的摩擦学性能,比较了不同温度下石墨烯退火前后的摩擦力及粘附力的变化。实验结果表明,当退火温度从室温逐渐增加到500°C时,石墨烯的摩擦力及粘附力显著增强,并且退火温度越高增强效果越明显。通过拉曼光谱表征了石墨烯的缺陷并计算了石墨烯的缺陷密度,发现石墨烯在200℃到300℃之间开始产生明显的结构缺陷,且缺陷密度随着退火温度的升高而增加。因此,高温退火后缺陷的产生是导致单层石墨烯摩擦力和粘附力发生重要变化的原因。最后获得了不同载荷下单层石墨烯摩擦力随缺陷浓度的变化关系。这对评估石墨烯作为固体润滑剂在高温场景应用中的摩擦学性能的变化具有重要意义。2.基底对于调控石墨烯表面摩擦力有着显著的影响。通过AFM测量了石墨烯在二氧化硅（Si O2）,体态石墨,体态二硫化钼及聚二甲基硅氧烷（PDMS）基底上的摩擦力并通过对Si O2基底进行等离子体处理的方式减小了石墨烯的摩擦力。结果表明石墨烯在体态石墨及体态二硫化钼等原子级平坦表面上具有极低的摩擦力,并且石墨烯在柔性基底PDMS上的摩擦力要大于刚性基底Si O2上的摩擦力。此外,通过对Si O2基底进行等离子体处理后,显著减少了石墨烯的摩擦力。这些结果表明基底与石墨烯之间的范德华作用力对于调控石墨烯的摩擦性能显得尤为重要。这主要是因为基底与石墨烯之间的强相互作用抑制了石墨烯的褶皱从而减小了摩擦力。3.研究石墨烯及二硫化钼的表面摩擦力对速度的强烈依赖性有助于二维材料作为固体润滑剂在高速工况下的安全使用。通过AFM测量了机械剥离法制备的石墨烯及二硫化钼在不同的悬臂速度下的摩擦力。结果表明石墨烯及二硫化钼表面存在粘滑现象,并且摩擦力随着悬臂速度的自然对数呈线性增加。使用PT（Prandtl–Tomlinson）模型研究了二维材料表面的摩擦力对悬臂速度的依赖性,发现这种现象主要与针尖-样品接触处的原子发生热激活跳跃有关,并且接触原子发生热激活跳跃的尝试频率与针尖-样品的相互作用势和有效接触刚度有关。石墨烯及二硫化钼对速度依赖性的差异主要归因于AFM探针与样品接触处的物理特性的变化,主要表现为有效接触刚度的变化以及针尖-样品的相互作用势的参数的变化。最后,通过PT模型结合实验数据拟合得到了这些参数。石墨烯表面的纳米摩擦学特性主要受到表面性质,结构,基底以及悬臂速度的影响。石墨烯产生缺陷会增大石墨烯表面摩擦力,这主要归因于缺陷的产生使得石墨烯表面形成亲水性官能团,增强了石墨烯表面的亲水性。基底与石墨烯之间的范德华相互作用力的增强可以显著减小石墨烯表面的摩擦力,其机理在于抑制石墨烯发生褶皱。悬臂速度对石墨烯摩擦特性的影响通过PT模型得到了很好地解释,并且揭示了AFM探针与样品接触处的摩擦特性的变化,主要表现为有效接触刚度的变化以及针尖-样品的相互作用势的参数的变化。