固体超润滑研究获系列进展
固体超润滑研究获系列进展
近日，中国科学院兰州化学物理研究所在固体超润滑研究领域取得了系列新进展。随着机械系统不断向精密化、智能化方向发展，对其关键部件的摩擦磨损性能提出了更为苛刻的要求。固体超润滑，即固体表面间摩擦系数极低的现象，成为解决这一难题的重要途径。
针对二维纳米粉体超润滑的发生和运行机制，兰州化物所兰州润滑材料与技术创新中心创新性提出了“同质结-异质结”转变超润滑机理。这一机理有望在未来几年内广泛应用于其他范德华材料，为实现超润滑技术的大规模应用奠定了理论基础。相关论文发表于Nature Communications。
在此基础上，研究人员进一步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进行了系统研究。他们发现，固体表面湿度敏感主要源于磨损后暴露的新表面，这些新表面与水分子作用强烈。为应对这一问题，研究人员提出了运动界面“（近似）无磨损无化学反应”的新思路。
通过采用磁控溅射物理气相沉积技术，研究人员成功制备出石墨烯覆盖表面的纳米结构碳薄膜，并构建了碳薄膜/微观石墨岛体系。这一创新结构实现了稳健、湿度不敏感的超润滑效果，在相对湿度2-80%的范围内均能实现超滑。由于界面的近似无磨损特性，该体系展现出结构性超润滑性质。
进一步的研究还发现，碳薄膜表面石墨烯片段之间排列角度各异，呈现出无序性。这种结构无序性诱导了与石墨表面之间的非公度性，并且由于薄膜整体成型制备避免了石墨烯边缘的暴露，有效减弱了阻碍结构超润滑放大的边缘效应。通过石墨岛尺度逐级增加，研究人员实现了湿度不敏感超润滑的跨尺度放大。
然而，该研究也存在一定局限性，近似无磨损的设计在一定程度上限制了体系的承载性等性能的提高。未来，研究团队将继续优化这一体系，以期在保持超润滑性能的同时，进一步提升其综合性能。
相关论文信息: https://doi.org/10.1038/s41467-024-53462-4
宽载荷、宽速度、惰性气氛下固体超润滑。兰州化学物理研究所供图。
