在原子级的厚度下,石墨烯展现出优异的机械性能以及超润滑性质,这使其非常适合对涂层厚度以及性能有很高要求的纳米机电系统。基底支撑的石墨烯的表面增强效应和摩擦性能还存在着许多未知和有趣的现象。但是,相对低模量的金属基底并不能充分发挥石墨烯的性能,和实验测试过程中发生了埃米尺度的结构转变,因此难以通过实验方法阐明增强机理和观测结构转变。二维类金刚石薄膜是具有混合杂化键sp2/sp3的新型二维碳膜结构,其机械性能与摩擦性质仍然模糊。为此本文构建了在高模量的4H-SiC（0001）表面的覆盖一层二维外延碳膜的分子动力学模型。主要的研究内容如下:一、在这里,我们应用分子动力学模拟研究覆盖在4H-SiC（0001）表面的外延碳膜的纳米压痕。因为石墨烯层间距离大约为3.4（?）,且其相互作用势是非键的范德华力,所以在压痕深度为h<0.8（?）远小于层间距时（纳米压痕初期）,外延双层石墨烯并不能使基底4H-SiC超过其固有刚度。当压痕深度h≥6.45（?）时,与裸露的4H-SiC相比,双层石墨烯增强4H-SiC的纳米复合层状结构（BG/SiC）展现出更强的刚度,由于石墨烯层间产生sp3杂化键从而形成局部二维类金刚石结构,其阻碍位错传播的能力增强,导致4H-SiC基底中出现位错塞积,造成基底中非晶原子数量减少了,因此BG碳膜能削弱4H-SiC基底的软化效应。除此,只有在压痕区域中央形成的sp3键才能有助于BG/SiC的表面机械性能的增强。二、为探究不同结构碳膜的稳定性和强化性质,本文构建了覆盖在4H-SiC的表面的双层石墨烯（BG）,氢化双层石墨烯（HBG）,类金刚石（DLF）及氢化类金刚石（HDLF）碳膜的热力学稳定性模型和纳米压痕模型。我们发现BG和HDLF能够在室温条件下稳定存在,而HBG和DLF是不能稳定存在,是HDLF和BG的过渡结构。此外,在纳米压痕初期,HDLF/SiC的刚度大于BG/SiC的,HDLF同样能削弱软化效应和在室温下HDLF/SiC的纳米复合层状结构的表面机械性能优于具有其他碳膜的纳米复合层状结构的。三、本文还研究了温度,压痕速度及石墨烯层数对纳米复合层状结构的表面机械性能的影响。温度的提高降低了晶格阻力,使得纳米复合层状结构的机械性能随着温度的升高而降低,其中在高温900K和1300K下,HDLF/SiC具有最强的机械性能,由于其稳定的结构。压痕速度的增加对BG的晶体结构演变影响微弱,体现在BG/SiC的机械性能随着压痕速度的增加只有小幅度的提高,由于晶体结构缺陷来不及扩散。相比于BG/SiC的,4H-SiC的机械性能对压痕速度的敏感性更高。四、在高垂直载荷80nN≤Fz≤480nN下,4H-SiC支撑的双层石墨烯展现出持久地高润滑性能,对垂直载荷的增加呈现出低敏感度。相比之下,HDLF的摩擦力显著地高于BG的,对垂直载荷的增加呈现出高敏感度。在相同载荷下,金刚石压头与两者之间的粘附能基本相等,由于基底4H-SiC的强相互作用,粘附能对摩擦力的影响可忽略不计;摩擦力与褶皱高度成正比,而BG的褶皱高度大于HDLF的;摩擦力与表面粗糙度成正比,而BG的表面粗糙度略微大于HDLF的。因此以上三个影响因素不都是造成两者摩擦力出现巨大差异的原因。这可能由于在粘滑过程中,压头滑移激发HDLF的晶格振动是有着巨大阻尼,而BG被激发的是低阻尼晶格振动,归结于HDLF层间sp3键的传导效应。具有原子摩擦特征的BG和HDLF的平均摩擦力随着温度的升高而非单调变化,是热激发效应与热波纹效应相互竞争的结果。