科研進(jìn)展
蘭州化物所MXene無溶劑納米流體潤滑材料研究獲新進(jìn)展
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(huì)逐漸失效，而固體潤滑劑在磨損后難以及時(shí)修復(fù)和快速補(bǔ)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(dāng)前對(duì)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(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所固體潤滑國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(jià)型納米流體的設(shè)計(jì)制備及摩擦學(xué)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(jià)型納米流體的多工況適用性及減摩抗磨作用機(jī)制。
研究人員利用MXene表面羥基與硅烷偶聯(lián)劑間的縮合反應(yīng)，將共價(jià)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(jià)型納米流體（MXene-KH560-M2070），證實(shí)了該流體具有良好的室溫流動(dòng)性和熱穩(wěn)定性等理化性能（圖1）。
圖1 MXene無溶劑納米流體的制備及理化特性
研究人員將MXene-KH560-M2070作為潤滑劑，在不同實(shí)驗(yàn)條件下對(duì)其摩擦學(xué)性能進(jìn)行了系統(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(shí)驗(yàn)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(jī)分子賦予潤滑劑良好的擴(kuò)散效應(yīng)和自修復(fù)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。
圖2 MXene無溶劑納米流體的（A）摩擦學(xué)性能和（B）潤滑膜的形成機(jī)制
該研究工作以“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（2023, 462, 142238）上，特別研究助理劉淑文博士為論文第一作者，王金清研究員和李章朋特聘青年研究員為共同通訊作者。
相關(guān)實(shí)驗(yàn)技術(shù)獲中國發(fā)明專利授權(quán)1項(xiàng)（ZL202210703776.4）。
上述工作得到了國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、甘肅省自然科學(xué)基金、蘭州化物所特聘青年研究員人才項(xiàng)目以及固體潤滑國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室專項(xiàng)課題的支持。
