“超潤滑”是近代摩擦學(xué)研究的一個重要科學(xué)發(fā)現(xiàn)，源于1990年左右提出的“結(jié)構(gòu)超潤滑”理論預(yù)測：當兩個理想、平坦的剛性晶面以非公度接觸方式發(fā)生相對運動時，上下表面間的原子勢作用相互抵消，滑移勢壘為零，出現(xiàn)摩擦力消失或接近為零的現(xiàn)象。“結(jié)構(gòu)超潤滑”理論的工程實現(xiàn)將有望為節(jié)能降耗、機械裝備設(shè)計帶來革命性的進步。通過近三十年的研究，目前可以在一些理想的層狀晶體材料（如高定向石墨）表面實現(xiàn)納米以及微米接觸尺度的“結(jié)構(gòu)超潤滑”，但是在宏觀工程接觸尺度，材料表面不可避免存在有無序、吸附和缺陷等，如何實現(xiàn)宏觀接觸尺度的超潤滑已成為目前研究的聚焦點和工程化應(yīng)用的關(guān)鍵瓶頸，極具科學(xué)挑戰(zhàn)。 近期中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所吉利（第六批會員）研究團隊提出一種宏觀尺度實現(xiàn)“結(jié)構(gòu)超潤滑”表/界面設(shè)計的新方法，在工程基材表面、宏觀接觸條件下獲得了魯棒超潤滑性能, 實現(xiàn)了“結(jié)構(gòu)超潤滑”由微納尺度向宏觀工程尺度的邁進，對推動超潤滑新概念技術(shù)實現(xiàn)工程應(yīng)用具有重要的意義。 研究工作基于兩個核心設(shè)計思想：首先，基于微納接觸尺度更容易滿足結(jié)構(gòu)超潤滑的理想獲得條件的考慮，在工程粗糙的基材表面通過激光刻蝕等表面處理技術(shù)主動構(gòu)筑微納凹凸體，將宏觀的面接觸分解為無數(shù)的微納點接觸；然后，在表面設(shè)計制備特殊的異質(zhì)二維納米結(jié)構(gòu)潤滑層，通過對層-層接觸滑移方式、層間弱的化學(xué)相互作用和非公度的晶格匹配的控制，在每個接觸點上獲得超潤滑態(tài)，大量接觸點組合形成了整個接觸面上的宏觀超潤滑。利用球-盤摩擦試驗機進行評價，在0.5 GPa的接觸應(yīng)力下，工程粗糙的鋼-鋼接觸摩擦副間獲得了穩(wěn)定、長效的超潤滑性能（摩擦系數(shù)0.007，壽命大于1×106轉(zhuǎn)）。進一步通過復(fù)合粘結(jié)劑，制備粘結(jié)潤滑涂層，在高接觸應(yīng)力（1.3 GPa）下仍然保持了超潤滑特性，展現(xiàn)出優(yōu)異的工程實用價值。 研究發(fā)現(xiàn)：當共價/離子型異質(zhì)二維疊層復(fù)合時，展現(xiàn)出顯著的協(xié)同潤滑效應(yīng)。共價型化合物（如石墨烯）以共用電子對的方式成鍵，具有定向性和飽和性，在滑動過程中相鄰層面缺陷位置的懸鍵會發(fā)生強烈的化學(xué)作用。而離子型化合物（如二硫化鉬）靠正負離子間的吸引作用，不具有定向性和飽和性，即使發(fā)生局部缺陷離子的丟失，周圍的離子也會進行補充屏蔽，弱化其與外部的相互作用。共價/離子疊層復(fù)合設(shè)計可以有效阻隔共價化合物相鄰層間的強化學(xué)相互作用，極大地消弱宏觀摩擦過程中缺陷、棱邊鍵等的不利作用。同時，異質(zhì)晶格匹配在宏觀摩擦過程中同樣展現(xiàn)出天然非公度性，可以不依賴于滑移角度實現(xiàn)超潤滑狀態(tài)。該理論認識可以很好解釋傳統(tǒng)石墨與二硫化鉬復(fù)合材料的協(xié)同潤滑作用機制。 相關(guān)研究結(jié)果近日在線發(fā)表在Advanced Materials（論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202002039）上，該工作得到了國家自然科學(xué)基金（51775537 & U1637204）和中科院青年創(chuàng)新促進會項目（2016368）的資助。  
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