如何在高溫、高壓、復(fù)雜摩擦環(huán)境下實(shí)現(xiàn)持久潤滑，是航空航天、先進(jìn)制造、MEMS和醫(yī)療植入材料等行業(yè)亟需突破的技術(shù)瓶頸。傳統(tǒng)固體潤滑劑，如MoS?、石墨、PTFE涂層，面臨尺寸厚、貼附弱、潤滑易失效等問題，難以滿足多尺度、極端工況的潤滑需求。

香港城市大學(xué)楊勇教授團(tuán)隊(duì)和中國科學(xué)院蘭州化物所楊軍研究員團(tuán)隊(duì)在Materials Today最新發(fā)表的研究中，提出了一種全新的零維/零維Ti-MXene原位雜化二維固體潤滑劑解決方案。該納米膜厚度可控制在30~50 nm，可承受高達(dá)20 GPa的接觸壓力，在473–573 K的高溫下實(shí)現(xiàn)摩擦系數(shù)<0.01、磨損率<10?? mm3/Nm的近零磨損表現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了介觀超潤滑。

這一創(chuàng)新材料的核心在于：采用原位雜化策略，將金屬Ti納米晶與Ti?C?Tx MXene納米晶在聚合物襯底中協(xié)同生長，形成高強(qiáng)、高延展、導(dǎo)電性強(qiáng)的0D/0D混合結(jié)構(gòu)；通過聚合物表面屈曲剝離法（PSBEE）制備出大面積、自由懸垂、可轉(zhuǎn)移的獨(dú)立式納米膜，可貼合復(fù)雜工程基材（鈦合金、不銹鋼、PTFE）表面，形成類“電子皮膚”式潤滑層；在摩擦過程中，MXene分解誘導(dǎo)“快速納米氧化”與碳遷移，在界面原位生成動態(tài)鈍化層，賦予材料自適應(yīng)修復(fù)能力，實(shí)現(xiàn)多循環(huán)穩(wěn)定潤滑。

圖1. 獨(dú)立式0D/0D化學(xué)鍵合的Ti-MXene 納米膜的成分和微觀結(jié)構(gòu)。

宏觀測試顯示，僅8層Ti-MXene納米膜即可將鈦合金在473 K下的摩擦系數(shù)從0.59降至0.27，磨損率降低6倍。而當(dāng)轉(zhuǎn)移16層納米膜并優(yōu)化表面粗糙度后，系統(tǒng)可穩(wěn)定工作超過5000次循環(huán)，展現(xiàn)出極高的工程耐久性。

圖2. Ti-MXene 納米膜作為保形貼合的范德華潤滑劑的長效潤滑性能。

應(yīng)用前景方面，該材料平臺可廣泛服務(wù)于：高精度微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）關(guān)節(jié)/接觸面、可穿戴/植入式醫(yī)療設(shè)備的超薄潤滑包覆層、微納傳感器與人機(jī)接口表面的超柔潤滑貼膜。該工作不僅提出了一種全新的潤滑膜結(jié)構(gòu)范式，也開拓了高性能二維功能材料在極端摩擦環(huán)境下的工程落地新路徑。

文章鏈接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S136970212500286X

來源：高分子科學(xué)前沿

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