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富勒烯主客体组装的微观超滑

富勒烯分子具有球状的结构，对其作为流体润滑添加剂和固体润滑膜的研究证实了富勒烯具有减摩抗磨的效果，在润滑领域具有一定的应用前景。室温大气环境下，富勒烯分子在固体表面通常自由移动，难以稳定吸附，虽然在超高真空且低温的环境下，可以在金属或半导体表面自发形成规则有序的排列，但是这种组装的形成条件过于苛刻，并且难以对其实现结构调控。而通过引入大环化合物作为主体模板，可以在室温大气环境中，在高定向热裂解石墨（HOPG）表面构建出规则有序的共组装结构。对其纳米摩擦特性进行研究发现，主客体复合结构的摩擦系数小于0.01，即达到微观超滑状态。根据富勒烯类分子的结构特点，分析该结果与富勒烯分子可以在摩擦过程中充当分子轴承有关。没有主体模板时，分布在探针和基底之间的富勒烯类分子可以自由地滚动和平移。然而，在引入主体模板后，富勒烯类分子被限制在模板网络的空腔中原位滚动，从而降低了由于分子与基底之间相对滑动而引起的摩擦。另外，主客体组装具有更加平滑的表面形貌和表面电子云密度，因此摩擦过程中需要克服的能垒较低，从而能够实现微观超滑。通过深入研究主客体组装的摩擦机理，有望促进富勒烯类分子在润滑领域的应用。