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碳基摩擦膜形成機制及性能調控研究獲新進展

2023-06-29 18:28:09 來源：中國科學報

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究發展中心研究人員從潤滑油分子的界面行為出發，研究了分子結構對潤滑劑吸附行為的影響規律。研究人員通過試驗與密度泛函理論計算表明，高吸附能和高表面能的潤滑劑分子更易吸附于基底發生摩擦化學反應，與潤滑性能的正相關性使其表現出低摩擦磨損。相關成果發表在《摩擦》上，并入選當期封面文章。

(資料圖片)

在此基礎上，研究人員選擇極性癸二酸二辛酯（DOS）分子，在其強吸附作用下，DOS進一步與基底發生反應，分子中C-H及叔碳處C-C鍵的斷裂證實了金屬基底催化過程中脫氫斷鍵的化學反應過程。相關成果發表在《國際摩擦學》上。

研究人員還利用原位摩擦催化設計理念，將超薄2D-MOF納米片添加至500N中，Ni-MOF與基礎油分子和Fe基體發生催化化學反應，形成由鐵氧化物、碳基物質和氮基物質組成的具有混凝土結構的碳基摩擦膜，使摩擦系數和磨損分別降低33.2%和98.7%。相關成果發表在《材料與設計》與《中國科學:技術科學》上。

為促使界面間碳基摩擦膜的快速形成，研究人員選取吸附能和表面能較高的活性碳源小分子環丙甲酸（CPCa）與金屬粒子復合引入基礎油，CPCa在熱催化-力剪切作用下快速發生脫氫斷鍵向石墨化轉變，生成了含有石墨烯的碳基摩擦膜。同時，石墨化產物促進了潤滑體系的可持續潤滑效應，提升了體系的潤滑壽命。相關成果發表在《acs可持續化學與工程上》，并入選當期補充封面文章。

上述研究成果為潤滑油的性能提升提供了新思路，未來有望應用于工業生產中。

分子結構對潤滑劑界面行為與摩擦學性能的作用規律。蘭州化物所供圖。

相關論文鏈接：

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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