六方氮化硼不仅具有良好的摩擦特性,也具有优异的绝缘性和疏水性。研究六方氮化硼在电场下的摩擦特性,对于其作为可调绝缘润滑薄膜在微纳机电设备中的应用有着巨大的推动作用。本文利用原子力显微镜研究六方氮化硼在基底电场下的摩擦、粘附和粘滑特性。结果表明:当在基底上施加偏压时,六方氮化硼表面的摩擦力会增大。正基底偏压导致的摩擦增量大于负基底偏压下的摩擦增量。六方氮化硼表面的纳米摩擦可以通过改变基底电场的大小和方向被稳定地、动态地、可逆地调控。六方氮化硼的粘附力在基底电压下的变化规律与摩擦力的变化规律相同。施加基底电场后,针尖在六方氮化硼表面的粘滑运动的幅值变大、周期变少,出现了从单步粘滑向多步粘滑的转变。本文进一步研究了基底电场影响六方氮化硼摩擦特性的机理。通过对基底电场下变载荷实验的数据进行Derjaguin-Müller-Toporov拟合可得,接触面积随着基底电场的增大而增大。通过建立针尖-基底的理论电容模型可得,基底电场与理论静电力的关系表达式为向左偏移的二次函数。基底电场使六方氮化硼表面摩擦力增大的主要原因是增强了针尖与基底之间的静电相互作用,导致针尖上的实际载荷与接触面积的增大。正负基底电压影响的不对称性是由针尖-六方氮化硼之间的固有电势差以及六方氮化硼-二氧化硅之间冰状水层的共同作用导致的。水分子在二氧化硅表面有序排列所产生的极化电场会影响总体的电场强度。利用改进的Prandtl-Tomlinson模型计算发现基底电场的施加会增加针尖与六方氮化硼之间的界面势垒,使针尖滑移需要更大的能量耗散。本文还研究了基底电场下六方氮化硼摩擦特性的影响因素。结果如下:1)退火会导致基底电场引起的摩擦增量减小,因为六方氮化硼与基底之间冰状水层的缺失会削弱极化电场对外电场的增强作用。2)增加六方氮化硼的厚度同样会降低基底电场对摩擦的影响。更厚的介电层厚度会扩大针尖与Si O2/Si基底、针尖与冰状水层两个界面之间的距离,同时缩小整体的介电常数,导致针尖上所受到的静电力减弱。3)基底氧化层厚度的减小会增加基底电场引起的摩擦增量,六方氮化硼的下落高度和界面间介电常数的变化共同导致针尖受到的静电相互作用增大。