金刚石薄膜具有诸多优异性能,如高硬度,低摩擦系数,高耐磨性和良好的化学惰性,被广泛应用于航空航天,耐磨涂层,微纳机电系统(MEMS/NEMS)等领域。目前,在高温高压、高真空等极端环境中的摩擦问题,一直是研究者关注的热点。大量研究表明,对金刚石薄膜进行适当的表面修饰可以实现超低摩擦系数,这与其修饰后呈现不同的相互作用有关。但是,到目前为止,不同终端金刚石薄膜表面的相互作用微观机制尚不清楚,这不可避免地限制了金刚石薄膜在减摩耐磨领域的深入应用。本文采用第一性原理方法研究了不同终端对金刚石薄膜相互作用的影响,构建了清洁金刚石(100)相互作用模型、五种相同终端(氢、氟、氧、羟基、氨基)相互作用金刚石模型、三种不同终端(氢-氟、氢-氧、氢-羟基)相互作用金刚石模型,对所构建模型进行了几何优化,计算了终端金刚石的相互作用、电子密度以及布居数,得到了以下主要结果:(1)清洁金刚石薄膜的界面结合能最大,表明界面处的相互作用最强,清洁金刚石的初始表面是π键结构,由电子密度图可以观察到,清洁金刚石界面处有共价键的形成,其表面几何构型向C(100)-2×1结构转变。(2)氢,氟,氨基和羟基终端能够不同程度减少金刚石表面之间的相互作用。由于氟终端金刚石表面电子密度覆盖率更高,这使得氟终端金刚石界面处具有更大的排斥力。氢终端金刚石界面的相互作用略小于氟终端金刚石界面的相互作用,对于氨基和羟基终端的金刚石表面来说,由于存在导致电子偏移的官能团原子,其界面结合能比氟和氢终端的金刚石表面的界面结合能低一个数量级,氧终端金刚石薄膜界面结合能为正,说明此界面体系不稳定。(3)氢-氟,氢-氧和氢-羟基界面体系的界面结合能都在相同的终端金刚石界面之间。用氢终端取代羟基和氨终端的金刚石表面将增加羟基-羟基和氨基-氨基界面之间的排斥力。氢-氢、氢-羟基、羟基-羟基、氧-氧终端金刚石的界面相互作用逐渐减弱,氧原子浓度会一定程度的影响界面的相互作用。