|
超低摩擦因其极低的摩擦系数（μ≤0.01）成为近些年来摩擦学领域的研究热点，工业领域中超润滑状态的实现有望大幅降低摩擦能耗、减少材料磨损以及延长机械装备的服役寿命和可靠性，对促进社会和经济的发展具有重要的意义。目前，液体超低摩擦主要基于极性润滑剂功能基团与摩擦表面间相互作用来实现近零摩擦状态，然而极性润滑剂在实际应用中存在氧化安定性、低温流动性和黏温特性不足等问题，制约其实际工程应用。因此，实现基于工业润滑油环境下的超低摩擦引起研究者的广泛关注。 近日，西北工业大学润滑与密封研究中心王海丰教授和马强副教授团队设计制备了一种新型“软”“硬”兼具的聚硅氧烷/Ti3C2Tx MXene（PS/Ti3C2Tx）纳米复合薄膜，研究表明在控制喷射量为400 μL时制备的PS/Ti3C2Tx-400薄膜可与PAO4油产生显著固液协同润滑效应，实现稳定可靠的极低摩擦与可忽略磨损。深入分析发现，薄膜的优异柔韧力学性质在摩擦诱导作用下可发生形貌匹配，促进微通道形成增强流体动压润滑效应，同时薄膜优异的亲油性可促进边界润滑分子膜的形成；此外，摩擦过程中Ti3C2Tx MXene纳米片在摩擦表面还会发生局部聚集，进一步提升润滑效应，促进超低摩擦状态的出现。聚硅氧烷/Ti3C2Tx MXene纳米复合薄膜与PAO4润滑油的固液协同润滑机理如图1所示。 相关成果以“Towards superlow friction and
wear with polysiloxane/Ti3C2Tx nanocomposite
film and polyalphaolefin oil”发表在碳材料领域顶刊《Carbon》。论文第一作者为硕士研究生许鑫，通讯作者为马强副教授，通讯单位为西北工业大学。 论文链接： https:///10.1016/j.carbon.2024.119113
图1 PS/Ti3C2Tx-400纳米复合薄膜与非极性PAO4油的固液协同润滑机理示意图
图2 Ti3C2TxMXene纳米片的合成以及PS/Ti3C2Tx纳米复合薄膜的制备工艺流程示意图
图3 （a）PS/Ti3C2Tx纳米复合薄膜以及金属基体的摩擦系数曲线以及（b）对应的平均摩擦系数；（c）PS/Ti3C2Tx-400纳米复合薄膜在1-13 N下的平均摩擦系数，往复频率为10 Hz；（d）PS/Ti3C2Tx-400纳米复合薄膜在3-16 Hz往复频率下的平均摩擦系数，载荷为3
N
图4 对摩盘和球表面磨痕表面的SEM图像：（a）金属基体；（b）PS/Ti3C2Tx-100纳米复合薄膜；（c）PS/Ti3C2Tx-400纳米复合薄膜，载荷3 N，频率10 Hz
图5 水和PAO4油在不同表面上的接触角：（a，d）金属基体；（b，e）纯PS-400薄膜；（c，f）PS/Ti3C2Tx-400纳米复合薄膜
图6（a）制备PS/Ti3C2Tx-400纳米复合薄膜以及（b）摩擦试验结束后磨痕表面的C 1s、N 1s、Si 2p和Ti 2p的XPS光谱
图7 （a-c）PS/Ti3C2Tx-400纳米复合薄膜微观结构的TEM图像；（d-f）HRTEM图像以及Ti3C2Tx的晶格参数
图8 （a）PS/Ti3C2Tx-400纳米复合薄膜表面磨痕的FIB截面以及（b-f）相对应的TEM微观结构图像 通讯作者简介： |
|
|
