兰州化物所固体超润滑研究获系列新进展
来源：兰州化学物理研究所2024/11/1 8:39:3013813
导读
机械系统的精密化、智能化发展对其部件摩擦磨损性能提出了更加苛刻要求。固体超润滑，即固体表面间摩擦系数极低(10-3量级或更低)的现象，是解决上述问题的根本途径。
机械系统的精密化、智能化发展对其部件摩擦磨损性能提出了更加苛刻要求。固体超润滑，即固体表面间摩擦系数极低(10-3量级或更低)的现象，是解决上述问题的根本途径。
中国科学院兰州化学物理研究所兰州润滑材料与技术创新中心针对二维纳米粉体超润滑发生和运行机制，创新性提出“同质结-异质结”转变超润滑机理，有望在未来几年内广泛应用于其他范德华材料。
研究人员提出了“氢调制界面摩擦”策略，通过非晶与晶体异质配副设计，构建含氢碳薄膜/二维复合涂层体系，实现了宽承载、宽速度、惰性气氛等模拟工况下宏观尺度固体超润滑。相关成果发表在Advanced Materials (2023，2303580)和Advanced Science(2024，2309701)上。兰州化物所杨兴助理研究员为论文第一作者，王永富副研究员和张俊彦研究员为共同通讯作者。
宽载荷、宽速度、惰性气氛下固体超润滑
近日，研究人员针对固体表面湿度敏感、超润滑跨尺度易失效等基础科学问题开展系统研究。基于文献调研，发现固体表面湿度敏感源于磨损后暴露的新表面，导致与水分子作用强烈的化学断键形成。研究人员提出了运动界面“(近似)无磨损无化学反应”思路，通过磁控溅射物理气相沉积技术，制备石墨烯覆盖表面的纳米结构碳薄膜，构建碳薄膜/微观石墨岛体系，实现了稳健、湿度不敏感超润滑(即相对湿度2-80%下均实现超滑)。鉴于界面近似无磨损特性，该体系表现出结构性超润滑性质。
稳健、湿度不敏感超润滑
同时，研究人员发现碳薄膜表面石墨烯片段之间彼此排列角度各异、呈现出无序性。这种结构无序性诱导与石墨表面之间非公度性，加之薄膜整体成型制备避免了石墨烯边缘暴露，有效减弱了阻碍结构超润滑放大的边缘效应，从而通过石墨岛尺度逐级增加，实现了湿度不敏感超润滑跨尺度放大。本研究也存在不足，近似无磨损的设计，限制了体系承载性等性能的提高。
相关研究成果以“Macroscale，humidity-insensitive，and stable structural superlubricity achieved with hydrogen-free graphene nanoflakes”为题发表在Nature Communications 15，9197 (2024)上。深圳清华大学研究院博士后李瑞云和兰州化物所杨兴助理研究员为论文第一作者，兰州化物所王永富副研究员和清华大学马明副教授为共同通讯作者。
微观到宏观跨尺度超润滑
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