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兰州化物所宏观结构超润滑研究获进展

2023-07-27 16:41:16 来源：兰州化学物理研究所

【资料图】

结构超润滑是近代摩擦学研究的重要分支，指的是两个晶体表面非公度接触时摩擦近乎为零的润滑状态。结构超润滑将为太空探测、空间运输、精密制造和高端装备等领域带来变革性进步。

近年来，中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室纳米润滑课题组围绕结构超润滑宏观尺度实现与工程化应用方面开展研究，并取得了系列进展，对推动结构超润滑新概念技术和实现工程应用具有重要意义。

近日，研究人员在面向工程应用的宏观结构超润滑尺度设计与实现等方面取得新进展。以往结构超润滑研究局限于由两个晶体表面组成的单个有限尺寸（纳米或微米量级）摩擦结上，公度与非公度转变机理是解释单个摩擦结滑动行为的基本科学原理，导致结构超润滑规模放大途径集中于如何制备大尺寸二维单晶材料以及如何实现其在工程支撑基底上无破坏转移，阻碍了结构超润滑的宏观放大和工程应用。因此，探索实现商业规模生产的范德华异质纳米粉体的宏观超滑途径至关重要。然而，范德华异质纳米粉体摩擦前难以形成有序结，同时，形成有序摩擦结后大量有限尺寸结之间存在复杂的接触重构，对实现范德华异质纳米粉体的宏观结构超润滑提出了挑战。

研究开发了通过掺入石墨烯边缘氧削弱纳米粉体边缘钉扎效应的简易方法，实现了二维纳米粉体到异质结转化，制备了由大量纳米尺度同质结和异质结共存的材料，实现了载荷、速度等可调、宽温域（-200~300°C）和宏观尺度结构超润滑，揭示了异质滑移和同质锁定的超滑调控机制。该研究对结构超润滑的规模放大和工程应用具有重要意义。

相关研究成果以Tunable, wide-temperature and macroscale superlubricity enabled by nanoscale van der Waals heterojunction-to-homojunction transformation为题，发表在《先进材料》（Advanced Materials）上。研究工作得到国家自然科学基金、中国科学院“西部之光”人才培养计划、中国科学技术协会海外智力为国服务行动计划和兰州化物所青年科技工作者协同创新联盟合作基金等的支持。

论文链接

图1. 整体研究思路图

图2. 摩擦学性能研究

图3. 异质滑移和同质锁定的超滑调控机制理论研究

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