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碳基摩擦膜形成機制及性能調(diào)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(fā)展中心研究人員從潤滑油分子的界面行為出發(fā)，研究了分子結(jié)構(gòu)對潤滑劑吸附行為的影響規(guī)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(fā)生摩擦化學反應(yīng)，與潤滑性能的正相關(guān)性使其表現(xiàn)出低摩擦磨損。相關(guān)成果發(fā)表在《摩擦》上，并入選當期封面文章。

(資料圖片)

在此基礎(chǔ)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(fā)生反應(yīng)，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(yīng)過程。相關(guān)成果發(fā)表在《國際摩擦學》上。

研究人員還利用原位摩擦催化設(shè)計理念，將超薄2D-MOF納米片添加至500N中，Ni-MOF與基礎(chǔ)油分子和Fe基體發(fā)生催化化學反應(yīng)，形成由鐵氧化物、碳基物質(zhì)和氮基物質(zhì)組成的具有混凝土結(jié)構(gòu)的碳基摩擦膜，使摩擦系數(shù)和磨損分別降低33.2%和98.7%。相關(guān)成果發(fā)表在《材料與設(shè)計》與《中國科學:技術(shù)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(huán)丙甲酸（CPCa）與金屬粒子復(fù)合引入基礎(chǔ)油，CPCa在熱催化-力剪切作用下快速發(fā)生脫氫斷鍵向石墨化轉(zhuǎn)變，生成了含有石墨烯的碳基摩擦膜。同時，石墨化產(chǎn)物促進了潤滑體系的可持續(xù)潤滑效應(yīng)，提升了體系的潤滑壽命。相關(guān)成果發(fā)表在《acs可持續(xù)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(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。

分子結(jié)構(gòu)對潤滑劑界面行為與摩擦學性能的作用規(guī)律。蘭州化物所供圖。

相關(guān)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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