【儀表網 研發快訊】機械系統的精密化、智能化發展對其部件摩擦磨損性能提出了更加苛刻要求。固體超潤滑，即固體表面間摩擦系數極低(10-3量級或更低)的現象，是解決上述問題的根本途徑。
中國科學院蘭州化學物理研究所蘭州潤滑材料與技術創新中心針對二維納米粉體超潤滑發生和運行機制，創新性提出“同質結-異質結”轉變超潤滑機理，有望在未來幾年內廣泛應用于其他范德華材料。
研究人員提出了“氫調制界面摩擦”策略，通過非晶與晶體異質配副設計，構建含氫碳薄膜/二維復合涂層體系，實現了寬承載、寬速度、惰性氣氛等模擬工況下宏觀尺度固體超潤滑。相關成果發表在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滑
近日，研究人員針對固體表面濕度敏感、超潤滑跨尺度易失效等基礎科學問題開展系統研究。基于文獻調研，發現固體表面濕度敏感源于磨損后暴露的新表面，導致與水分子作用強烈的化學斷鍵形成。研究人員提出了運動界面“(近似)無磨損無化學反應”思路，通過磁控濺射物理氣相沉積技術，制備石墨烯覆蓋表面的納米結構碳薄膜，構建碳薄膜/微觀石墨島體系，實現了穩健、濕度不敏感超潤滑(即相對濕度2-80%下均實現超滑)。鑒于界面近似無磨損特性，該體系表現出結構性超潤滑性質。
穩健、濕度不敏感超潤滑
同時，研究人員發現碳薄膜表面石墨烯片段之間彼此排列角度各異、呈現出無序性。這種結構無序性誘導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，有效減弱了阻礙結構超潤滑放大的邊緣效應，從而通過石墨島尺度逐級增加，實現了濕度不敏感超潤滑跨尺度放大。本研究也存在不足，近似無磨損的設計，限制了體系承載性等性能的提高。
相關研究成果以“Macroscale，humidity-insensitive，and stable structural superlubricity achieved with hydrogen-free graphene nanoflakes”為題發表在Nature Communications 15，9197 (2024)上。深圳清華大學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馬明副教授為共同通訊作者。
微觀到宏觀跨尺度超潤滑
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