兰化所液体超润滑材料研究获进展

　　中化新网讯 近日，中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室研究员王道爱团队设计出适用于轴承钢摩擦副表面的液体超润滑材料。

　　研究团队通过将柠檬酸热解制得的碳量子点(CQDs)添加到聚乙二醇水溶液中，实现了钢/钢摩擦副表面的超润滑(摩擦系数为0.005)，其磨合期仅有44秒，同时轴承钢表面的磨损率降低了77%。摩擦过程中轴承钢表面形成的润滑膜包括吸附在摩擦副表面的CQDs和摩擦化学反应生成的铁氧化合物，在摩擦过程中作为边界润滑剂有效减少了表面粗糙峰之间的直接接触。

　　此外，他们结合分子动力学模拟发现，摩擦副表面的CQDs吸附膜在流体动力润滑区域可减少润滑剂分子链与摩擦副表面之间的相互作用力，从而降低滑动过程中的摩擦阻力。这一成果为在较短磨合期内实现轴承钢摩擦副表面的超润滑提供了新的设计思路。

　　构建宏观超润滑界面，使摩擦系数降至0.001甚至更低，可显著降低能源消耗、减少由摩擦引起的经济损失。然而，较长的磨合期可能造成摩擦副表面出现严重磨损。目前，缩短磨合期的策略多针对Si₃N₄、SiO₂、Al₂O₃等陶瓷摩擦副表面。如何在短时间内实现轴承钢摩擦副表面的超润滑是急需解决的技术难题。

　　此前，王道爱团队设计、开发了一系列基于天然有机酸(单宁酸、植酸)的液体超润滑材料。该团队利用天然有机酸、多元醇和水分子之间的协同效应，使氮化硅/玻璃等摩擦副表面达到超润滑所需的磨合期缩短至1秒内。然而，具有短磨合期的钢/钢摩擦副表面超润滑材料设计仍然存在挑战。

　　此次研发的液体超润滑材料体系有望应用于金属切削加工、轴承润滑等诸多领域，相关实验技术已申请发明专利。