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　　前期，中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所固體潤滑國家重點實驗室研究員王道愛團隊，設(shè)計、開發(fā)了一系列基于天然有機酸（單寧酸、植酸）的液體超潤滑材料。該團隊利用天然有機酸、多元醇和水分子之間的協(xié)同效應(yīng)，使氮化硅/玻璃等摩擦副界面達到超潤滑所需的磨合期縮短至1s內(nèi)。然而，具有短磨合期的鋼/鋼摩擦副超潤滑材料設(shè)計仍然存在挑戰(zhàn)。

　　近日，該團隊設(shè)計出適用于軸承鋼摩擦副的液體超潤滑材料。研究通過將檸檬酸熱解制得的碳量子點（CQDs）添加到聚乙二醇水溶液中，實現(xiàn)了鋼/鋼摩擦副界面的超潤滑（摩擦系數(shù)為0.005），其磨合期僅有44s，同時軸承鋼表面的磨損率降低了77%（圖1）。摩擦過程中軸承鋼表面形成的潤滑膜包括吸附在摩擦副表面的CQDs和摩擦化學(xué)反應(yīng)生成的鐵氧化合物，在摩擦過程中作為邊界潤滑劑有效減少了表面粗糙峰之間的直接接觸（圖2）。此外，研究結(jié)合分子動力學(xué)模擬發(fā)現(xiàn)，摩擦副表面的CQDs吸附膜在流體動力潤滑區(qū)域可減少潤滑劑分子鏈與摩擦副之間的相互作用力，從而降低滑動過程中的摩擦阻力（圖3）。這一成果為在較短磨合期內(nèi)實現(xiàn)軸承鋼摩擦副表面的超潤滑提供了新的設(shè)計思路。

　　這一液體超潤滑材料體系有望應(yīng)用于金屬切削加工、軸承潤滑等領(lǐng)域，相關(guān)實驗技術(shù)已申請發(fā)明專利一項。當(dāng)前，該團隊正在積極推進該技術(shù)的應(yīng)用轉(zhuǎn)化。

　　相關(guān)研究成果以Accelerating Macroscale Superlubricity through Carbon Quantum Dots on Engineering Steel Surfaces為題，發(fā)表在《先進功能材料》（Advanced Functional Materials）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項、中國科學(xué)院前沿科學(xué)重點研究計劃和甘肅省重大科技專項等的支持。

圖1. 碳量子點的形貌以及復(fù)合潤滑材料的液體超潤滑性能

圖2. 磨損區(qū)域表面潤滑膜的表征

圖3. 分子動力學(xué)模擬