石墨烯作为纳米量级的超薄二维材料,具有极高的面内强度以及优异的润滑性能,当石墨烯的厚度下降至一个原子层时,石墨烯表面仍然具有突出的低摩擦能力,是作为微/纳机电系统(M/NEMS)中超薄润滑薄膜的首选。M/NEMS在频繁启动、持续运转等不同的应用条件下,对润滑材料的要求也各不相同,因此需要对石墨烯表面的摩擦性能进行充分的研究。然而,石墨烯的表面摩擦如粘滑运动、瞬态摩擦增强等的研究仍有着很多的空白。基于以上原因,本文利用原子力显微镜(AFM)对石墨烯表面的摩擦特性进行了研究:首先,石墨烯表面的周期性摩擦增强现象主要是由针尖-石墨烯表面间的接触面积演化和接触质量演化耦合造成的,分析了粘滑周期内的褶皱变化和接触质量变化。基于FKT模型,建立了尖端在悬浮石墨烯上滑动的物理模型,将周期性作用势建立在尖端原子处,利用弹簧连接石墨烯原子,建立起系统摩擦增强的动力学方程。指出了横向力校准理论中的Ogletree法和Varenberg法在引入粘附力上的误区,确定Ogletree楔形法为纳米摩擦实验最优的横向力校准理论。利用机械剥离法制备出单层、少层的石墨烯,并以光学显微镜、拉曼光谱及AFM检测进行了精确表征。利用横向力显微镜(LFM)进行了石墨烯表面的纳米摩擦实验。随速度增加,平均摩擦力逐渐下降至趋于稳定,达到3层时,速度依赖性基本消失。粘滑摩擦力(摩擦振动)会随着层数增加而逐渐下降并在4层达到稳定,且不存在载荷依赖性关系。随着速度增加,粘滑摩擦力会小范围下降,然后会迅速增大,之后趋于稳定。随着探针速度的增加,摩擦增强强度会逐渐下降至稳定,饱和距离会逐渐增加至稳定。摩擦增强强度与载荷无关,但饱和距离会随着载荷增加而增加。随着石墨烯层数的增加,摩擦增强强度会迅速下降至接近于0,而饱和距离则与石墨烯的层数无关。探针扭转刚度对于基底-石墨烯-探针的摩擦系统有着显著影响。随着扭转刚度的增大,平均摩擦力会小范围的减小,速度依赖性会减弱。同时粘滑摩擦力会显著增加,并且随速度的变化更快,能在更小的速度达到稳定。随着扭转刚度的增大,摩擦增强强度明显变大,速度依赖性会变强。同时饱和距离会变小,饱和距离的速度依赖性会减弱。随载荷增加,高刚度探针的饱和距离增长速度小于低刚度的探针。利用静电力显微镜(EFM)检测了石墨烯孤岛摩擦前后的电场变化,并确定EFM可以作为石墨烯表面是否进行过摩擦的一种有效的检测方式。本论文利用AFM对石墨烯的表面摩擦特性进行了系统性的研究,为石墨烯作为超薄润滑薄膜的应用提供了理论支撑。