蘭州化物所等在固體超滑新體系創制方面取得系列進展

　　超滑是近代摩擦學研究的一個重要分支，指摩擦系數在10-3量級或更低的潤滑狀態。超滑有望為節能降耗、機械裝備設計帶來變革性進步。

　　近日，中國科學院蘭州化學物理研究所先進潤滑與防護材料研發中心納米潤滑課題組等在固體超滑新體系創制方面取得系列進展。

　　研究人員采用“摩擦+催化”結合的方法，建立了不依賴薄膜沉積工藝，通過外部“催化”調控摩擦的新體系（圖1），利用金屬催化作用在碳膜摩擦界面形成石墨烯包裹的金屬顆粒。同時，石墨化外殼起到電子屏蔽效應，消除界面粘附強度，實現了宏觀超滑（~0.008）。石墨化包裹和電子屏蔽是摩擦催化誘導超滑產生的本質原因，也是判斷催化導致超滑實現的主要依據。

　　研究人員利用類富勒烯碳膜超彈性，設計了基于微觀尺度接觸應力分散，實現了高承載超滑的新型摩擦配伍體系（圖2）。超彈性分散了施加于二維材料上接觸應力，避免應力集中引起的二維材料起皺、褶皺或結構破壞，維持二維材料結構完整，并減弱了環境化學作用，最終實現了高承載（15N）、環境穩健（RH~40%，~0.009）、宏觀尺度超滑。超彈性配副解決了結構超滑低承載和環境敏感等問題，對推動超滑新概念技術和工程應用具有重要意義。

　　研究人員提出摩擦限域調控能量耗散的方法，即通過利用磨合期高能量，促進摩擦限域化學發生和結構演變，實現了穩態近零能量耗散（圖3）。具體為，引入二維層狀材料（過渡金屬硫屬化物）到碳膜摩擦界面上，將碳膜磨損產物（a-CWPs）裹入二維材料層間，形成TMDC/a-CWPs夾層結構；基于剪切誘導二維限域和載荷驅動石墨化的協同作用，夾層結構在磨合階段很容易轉變為石墨烯/TMDC異質結構，最終實現穩態宏觀超滑（~0.006）。

　　該研究為在工程粗糙和磨損表面上實現超滑提供了簡易方法，也為合成與石墨烯相關的各種異質結構提供了有效策略，同時為設計具有超滑性能的分層異質涂層指明發展方向。該研究工作與瑞士巴塞爾大學教授Ernst Meyer、瑞典呂勒奧工業大學副教授史以俊共同完成。

　　相關成果分別發表在ACS Appl. Mater. Interfaces、Chemical Engineering Journal和Advanced Functional Materials上。研究工作得到了國家自然科學基金和中科院“西部之光”人才培養計劃等項目的支持。