蘭州化物所固體超潤(rùn)滑研究獲系列新進(jìn)展

2024-11-01 08:39:30來(lái)源：蘭州化學(xué)物理研究所閱讀量：438 評(píng)論

導(dǎo)讀：機(jī)械系統(tǒng)的精密化、智能化發(fā)展對(duì)其部件摩擦磨損性能提出了更加苛刻要求。固體超潤(rùn)滑，即固體表面間摩擦系數(shù)極低(10-3量級(jí)或更低)的現(xiàn)象，是解決上述問(wèn)題的根本途徑。

　　機(jī)械系統(tǒng)的精密化、智能化發(fā)展對(duì)其部件摩擦磨損性能提出了更加苛刻要求。固體超潤(rùn)滑，即固體表面間摩擦系數(shù)極低(10-3量級(jí)或更低)的現(xiàn)象，是解決上述問(wèn)題的根本途徑。

　　中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所蘭州潤(rùn)滑材料與技術(shù)創(chuàng)新中心針對(duì)二維納米粉體超潤(rùn)滑發(fā)生和運(yùn)行機(jī)制，創(chuàng)新性提出“同質(zhì)結(jié)-異質(zhì)結(jié)”轉(zhuǎn)變超潤(rùn)滑機(jī)理，有望在未來(lái)幾年內(nèi)廣泛應(yīng)用于其他范德華材料。

　　研究人員提出了“氫調(diào)制界面摩擦”策略，通過(guò)非晶與晶體異質(zhì)配副設(shè)計(jì)，構(gòu)建含氫碳薄膜/二維復(fù)合涂層體系，實(shí)現(xiàn)了寬承載、寬速度、惰性氣氛等模擬工況下宏觀尺度固體超潤(rùn)滑。相關(guān)成果發(fā)表在Advanced　Materials　(2023，2303580)和Advanced　Science(2024，2309701)上。蘭州化物所楊興助理研究員為論文第一作者，王永富副研究員和張俊彥研究員為共同通訊作者。

寬載荷、寬速度、惰性氣氛下固體超潤(rùn)滑

　　近日，研究人員針對(duì)固體表面濕度敏感、超潤(rùn)滑跨尺度易失效等基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題開(kāi)展系統(tǒng)研究?；谖墨I(xiàn)調(diào)研，發(fā)現(xiàn)固體表面濕度敏感源于磨損后暴露的新表面，導(dǎo)致與水分子作用強(qiáng)烈的化學(xué)斷鍵形成。研究人員提出了運(yùn)動(dòng)界面“(近似)無(wú)磨損無(wú)化學(xué)反應(yīng)”思路，通過(guò)磁控濺射物理氣相沉積技術(shù)，制備石墨烯覆蓋表面的納米結(jié)構(gòu)碳薄膜，構(gòu)建碳薄膜/微觀石墨島體系，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)健、濕度不敏感超潤(rùn)滑(即相對(duì)濕度2-80%下均實(shí)現(xiàn)超滑)。鑒于界面近似無(wú)磨損特性，該體系表現(xiàn)出結(jié)構(gòu)性超潤(rùn)滑性質(zhì)。

穩(wěn)健、濕度不敏感超潤(rùn)滑

　　同時(shí)，研究人員發(fā)現(xiàn)碳薄膜表面石墨烯片段之間彼此排列角度各異、呈現(xiàn)出無(wú)序性。這種結(jié)構(gòu)無(wú)序性誘導(dǎo)與石墨表面之間非公度性，加之薄膜整體成型制備避免了石墨烯邊緣暴露，有效減弱了阻礙結(jié)構(gòu)超潤(rùn)滑放大的邊緣效應(yīng)，從而通過(guò)石墨島尺度逐級(jí)增加，實(shí)現(xiàn)了濕度不敏感超潤(rùn)滑跨尺度放大。本研究也存在不足，近似無(wú)磨損的設(shè)計(jì)，限制了體系承載性等性能的提高。

　　相關(guān)研究成果以“Macroscale，humidity-insensitive，and　stable　structural　superlubricity　achieved　with　hydrogen-free　graphene　nanoflakes”為題發(fā)表在Nature　Communications　15，9197　(2024)上。深圳清華大學(xué)研究院博士后李瑞云和蘭州化物所楊興助理研究員為論文第一作者，蘭州化物所王永富副研究員和清華大學(xué)馬明副教授為共同通訊作者。

微觀到宏觀跨尺度超潤(rùn)滑

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