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研究人員對具有獨(dú)特納米片縱向排列特點(diǎn)的二硫化鉬納米結(jié)構(gòu)涂層進(jìn)行了摩擦學(xué)性能研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在大氣氣氛中的固體干摩擦和固-液復(fù)合潤滑以及真空干摩擦條件下，以上涂層在摩擦系數(shù)、磨損形貌和潤滑壽命方面呈現(xiàn)出完全不同的摩擦學(xué)表現(xiàn)。在大氣氣氛中，固-液復(fù)合潤滑狀態(tài)下的二硫化鉬因自取向排列形成高度有序的轉(zhuǎn)移膜而較干摩擦狀態(tài)具有更加優(yōu)異的潤滑性能。轉(zhuǎn)移膜剖面分析表明二硫化鉬分子層呈現(xiàn)出由基底粘附束縛到外表面自由滑移取向的轉(zhuǎn)變（圖1），有力證明了二硫化鉬的晶內(nèi)滑移機(jī)理。在真空環(huán)境下，首次觀察到摩擦過程中二硫化鉬納米片受往復(fù)剪切應(yīng)力的誘導(dǎo)可以相互包覆和卷繞，形成類似卷心菜結(jié)構(gòu)的納米球（圖2），揭示了滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)的存在。通過脈沖激光沉積二硫化鉬涂層的實(shí)驗(yàn)對比及分子動(dòng)力學(xué)模擬，進(jìn)一步證實(shí)了滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)對實(shí)現(xiàn)0.01以下超低摩擦的關(guān)鍵作用。
圖1.大氣環(huán)境中固-液復(fù)合潤滑狀態(tài)下二硫化鉬的摩擦學(xué)行為
此外，該理論研究還證明由兩種不同二維納米片所形成的異質(zhì)結(jié)材料具有因晶格失配所帶來的結(jié)構(gòu)非公度性，這種非公度性可大幅降低層間滑移勢壘。根據(jù)二硫化鉬納米片與石墨烯晶格常數(shù)的不同，合成了石墨烯/二硫化鉬異質(zhì)材料，并觀察到局部非公度所形成的特征摩爾紋超晶格結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在摩擦過程中表現(xiàn)出大幅優(yōu)于單一二維材料和二者物理混合物的潤滑性能，進(jìn)一步確認(rèn)了結(jié)構(gòu)非公度性在新型潤滑材料設(shè)計(jì)及潤滑性能提升方面的巨大潛力和應(yīng)用價(jià)值。
圖2.真空環(huán)境下二硫化鉬納米片的摩擦學(xué)行為
二硫化鉬（MoS2）是一種在工業(yè)潤滑領(lǐng)域，尤其是在一些對傳統(tǒng)潤滑油脂污染比較敏感的場合（如光學(xué)、半導(dǎo)體器件和食品生產(chǎn)）和空間苛刻環(huán)境（如航空航天器）下應(yīng)用廣泛的固體潤滑材料。雖然對二硫化鉬的應(yīng)用記載最早可追溯至工業(yè)革命早期，但對其潤滑機(jī)理的探索直至20世紀(jì)40年代才逐步展開。由于摩擦過程是一個(gè)典型的非平衡復(fù)雜過程，具有多因素耦合的特征。因此，當(dāng)前對不同環(huán)境中二硫化鉬潤滑機(jī)理的解釋仍是眾說紛紜，難以形成共識(shí)。
二硫化鉬的潤滑性能主要來自于其層狀結(jié)構(gòu)。但傳統(tǒng)塊體結(jié)構(gòu)無法在微觀層面上進(jìn)行設(shè)計(jì)與摩擦學(xué)性能關(guān)聯(lián)，從而在機(jī)理解釋中缺乏相應(yīng)的證據(jù)支持。二硫化鉬在摩擦過程中發(fā)生的是滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)還是滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)？晶內(nèi)滑移還是晶間滑移？公度性接觸還是非公度性接觸？這三個(gè)關(guān)鍵問題涉及到二硫化鉬潤滑機(jī)理的本質(zhì)與核心。
以上主要研究結(jié)果發(fā)表在Nanoscale, 2018, (DOI: 10.1039/c8nr06503a)，Advanced Materials Interfaces （2018, 1701682）和Carbon,（2017, 115: 83-94）期刊上。該系列工作得到了國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（51575507和51675514）和科技部國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室專項(xiàng)基金的大力支持。
主要內(nèi)容來自中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所官網(wǎng)，僅供參考！
https://mp.weixin.qq.com/s/Khw5WmJUDvJycoOl0KaCRQ
