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2023-04-04
顆粒在線訊：潤滑是減少摩擦、降低或避免磨損的有效手段。液體潤滑劑在苛刻工作環(huán)境中的潤滑功能會逐漸失效，而固體潤滑劑在磨損后難以及時修復和快速補充。因此，亟需研發(fā)兼具液體潤滑劑和固體潤滑劑優(yōu)勢的新型潤滑材料，以滿足當前對潤滑材料多功能、高性能及多工況適用性的迫切需求。
中國科學院蘭州化學物理研究所固體潤滑國家重點實驗室功能潤滑材料課題組系統(tǒng)開展了二維過渡金屬碳化物、氮化物或碳氮化物（MXene）無溶劑共價型納米流體的設計制備及摩擦學性能研究。近日，研究人員從固液協(xié)同潤滑的角度闡明了MXene無溶劑共價型納米流體的多工況適用性及減摩抗磨作用機制。
科研人員利用MXene表面羥基與硅烷偶聯(lián)劑間的縮合反應，將共價連接的硅烷偶聯(lián)劑（KH560）-聚醚胺（M2070）修飾在MXene納米片表面，獲得了具有核殼結(jié)構(gòu)的MXene無溶劑共價型納米流體（MXene-KH560-M2070），證實了該流體具有良好的室溫流動性和熱穩(wěn)定性等理化性能（圖1）。
研究將MXene-KH560-M2070作為潤滑劑，在不同實驗條件下對其摩擦學性能進行系統(tǒng)研究。結(jié)果表明，MXene-KH560-M2070具有優(yōu)異的潤滑性能，尤其在中高溫（100℃）、高載（700 N）和高速（50Hz）實驗條件下依舊保持良好的減摩抗磨性能（圖2A），這是由于在摩擦過程中核-殼結(jié)構(gòu)納米流體易在摩擦副表面形成較厚的潤滑膜（圖2B），MXene內(nèi)核顯著提升了潤滑劑的承載能力和抗磨損性能，而外殼有機分子賦予潤滑劑良好的擴散效應和自修復功能。因此，MXene無溶劑納米流體可作為新型潤滑劑發(fā)揮出固體潤滑劑和液體潤滑劑的協(xié)同作用。
相關研究成果以Solvent-free covalent MXene nanofluid: A new lubricant combining the characteristics of solid and liquid lubricants為題，發(fā)表在Chemical Engineering Journal上。相關實驗技術獲中國發(fā)明專利授權(quán)1項。研究工作得到國家自然科學基金面上項目、甘肅省自然科學基金、蘭州化物所特聘青年研究員人才項目及固體潤滑國家重點實驗室專項課題的支持。
圖1.MXene無溶劑納米流體的制備及理化特性
圖2.MXene無溶劑納米流體的（A）摩擦學性能和（B）潤滑膜的形成機制
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