a-C固体润滑涂层的界面石墨化机理和钝化机理的对比□研究

a-C涂层固液复合润滑行为对石墨烯添加剂和a-C表面结构的依赖性

非晶碳（amorphouscarbon，a-C）固体润滑涂层与液体润滑油、添加剂等复①合的协同润滑技术，是满足运动部件表面耐磨润滑性能Ψ 要求、延长其使□　用寿命、实现◤高可靠运行的有效途径。但摩擦磨损与材料表/界面结构密切相关，不同结构◣涂层材料的组合、界面优化产生不⊙同表/界面结构，进而影响涂层的摩擦特性和润滑油、添加剂在表面的吸附、润湿等基本物理化学特性。再者，由于实验原位表征∞技术的限制∴，导致内在摩擦机理阐释不清，缺¤乏原子尺度的本质的理解。近期，我校材料与物理学院李晓伟教授、张德坤教授与韩国①科学技术研究院Kwang-Ryeol Lee首席研究员合作，在a-C固体润滑涂层的耐磨润滑与固液『复合方面取♀得系列研究进展。

首先，针对a-C摩擦界面信息难以原位、实时表征从而导致内在机理不明的关键科学⌒　问题，开展了干摩擦条件下a-C固体润滑涂层的石墨化▓机理和钝化机理卐的对比研究，揭示了低摩擦机理主要归因于界面的钝化程度，但随石墨化结构的出现及其尺寸的增加，摩擦机理逐▼渐由钝化行为转变为石墨化占主导。进一步研究发现，钝化机理主要通过同时减小界面接触面积和〗剪切强度而降低摩擦力，而石墨化诱导的摩擦力的减小归因于单一剪切强度的降低，从而为在微机电、磁盘保护中a-C固体润滑涂层结构设计和应用提供了很好的理论依】据。相关研究成果☆形成题为“Fundamentalunderstanding on low-friction mechanisms atamorphous carbon interface from reactive molecular dynamics simulation”的论文，发表在国际期刊Carbon。该论文以中国矿业大学为第二单位、李晓伟教授为第ぷ一/通讯作者，韩国科学技术研究院Kwang-Ryeol Lee首□席研究员为共同通讯作者。

其次，将a-C涂层与润滑油结合〗可显著提高运动机械部件的摩擦性能和使用寿命。然而，缺乏不同摩擦条件下接触界面的结构信息，协同润滑机理阐释不充分。通过反应分子∩动力学模拟，系统研究了不同润滑油添加剂种类、含量和a-C表面结构下的复合润滑行为及界面结构演变。研究发现：摩擦性能强烈依赖于润滑油中石墨烯添◤加剂的种类、尺寸和含量；优化得到了石墨烯尺寸和含量ぷ大小，可实现超滑行为；随着石墨烯尺寸的增加，低摩擦机理从润滑油和石墨烯之间的协同◣增效演变为石墨烯诱导的钝化吸附和界面】钝化。通过优化a-C涂层表面氢化程度，也可实现超低摩擦，这取决于H诱导的界面钝化和对润滑油的“挤压”效应。并且研究首次观察到润滑油在摩擦界面同时展示出正向、反向扩散行为，据此可开发长寿命的新型润滑系统。相关研究成果分别形成题为“Tailoring the Nanostructure of Graphene as an Oil-Based Additive:toward Synergistic Lubrication with an Amorphous Carbon Film”“Exploring the different roles of graphene and its derivatives as nano-additives at amorphous carbon surface through reactive molecular dynamics approach”“Insights into Superlow Friction and Instability of Hydrogenated Amorphous Carbon/Fluid Nanocomposite Interface”的论文，其中2篇发表在国际期刊ACS AppliedMaterials & Interfaces（中科院一区Top期刊，影响因子9.229）、1篇发表在Computational Materials Science（中科院三区，影响因子3.300）。论文均以中国矿业大学为第一单位、李晓伟教授为第一/通讯作者，张德坤教授和韩●国科学技术研究院Kwang-Ryeol Lee首席研究员为共同通讯作者。

上述研究工作得到国家自然科学基金、韩国︻国家研究基金会KRF等项目的资助。

新闻来源：材物学院 李晓伟摄影：责任编辑：李秀审核:刘尧