碳基摩擦膜形成机制及性能调控研究获新进展

近日，中国科学院兰州化学物理研究所先进润滑与防护材料研究发展中心研究人员从润滑油分子的界面行为出发，研究了分子结构对润滑剂吸附行为的影响规律。研究人员通过试验与密度泛函理论计算表明，高吸附能和高表面能的润滑剂分子更易吸附于基底发生摩擦化学反应，与润滑性能的正相关性使其表现出低摩擦磨损。相关成果发表在《摩擦》上，并入选当期封面文章。

在此基础上，研究人员选择极性癸二酸二辛酯（DOS）分子，在其强吸附作用下，DOS进一步与基底发生反应，分子中C-H及叔碳处C-C键的断裂证实了金属基底催化过程中脱氢断键的化学反应过程。相关成果发表在《国际摩擦学》上。

(资料图)

研究人员还利用原位摩擦催化设计理念，将超薄2D-MOF纳米片添加至500N中，Ni-MOF与基础油分子和Fe基体发生催化化学反应，形成由铁氧化物、碳基物质和氮基物质组成的具有混凝土结构的碳基摩擦膜，使摩擦系数和磨损分别降低33.2%和98.7%。相关成果发表在《材料与设计》与《中国科学:技术科学》上。

为促使界面间碳基摩擦膜的快速形成，研究人员选取吸附能和表面能较高的活性碳源小分子环丙甲酸（CPCa）与金属粒子复合引入基础油，CPCa在热催化-力剪切作用下快速发生脱氢断键向石墨化转变，生成了含有石墨烯的碳基摩擦膜。同时，石墨化产物促进了润滑体系的可持续润滑效应，提升了体系的润滑寿命。相关成果发表在《acs可持续化学与工程上》，并入选当期补充封面文章。

上述研究成果为润滑油的性能提升提供了新思路，未来有望应用于工业生产中。

分子结构对润滑剂界面行为与摩擦学性能的作用规律。兰州化物所供图。

相关论文链接：

https://doi.org/10.1007/s40544-022-0630-9

https://doi.org/10.1016/j.triboint.2020.106745

https://doi.org/10.1016/j.triboint.2021.107289

https://doi.org/10.1016/j.matdes.2022.111251

https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.2c05639

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