482 / 2021-06-18 16:13:26

金属电子屏蔽诱导碳薄膜固体超滑研究

摩擦磨损是导致机械运动部件能量损失和部件故障的两个主要来源。固体超滑是指在没有液体润滑剂的状态下，通过固体润滑或自润滑技术，使相互接触的摩擦副之间具有10^-3量级及以下的摩擦系数。超滑的实现是保证真空环境下运动部件可靠运行的关键技术，为摩擦磨损问题的解决带来了根本途径，因此开发具有超低摩擦磨损的体系和建立超滑体系具有极大的经济价值和社会效益。本报告独辟蹊径，通过向摩擦界面引入金属催化剂，以解决摩擦领域的重要问题。基于金属纳米颗粒（Ni、Fe、Co）具有催化无定形碳向石墨烯转化的能力，我们将Cu，Ni等金属催化剂引入到摩擦界面，研究了界面结构演变。在摩擦过程中，金属纳米颗粒的存在诱导磨屑石墨化，促使石墨烯生成，从而在滑动作用下原位形成石墨烯包裹金属纳米颗粒，实现低氢类金刚石碳薄膜的宏观超滑。结合DFT模拟计算，我们发现石墨烯包裹金属纳米颗粒的形成可以屏蔽电子作用，当金属颗粒上包裹的壳层大于3层时，可以有效减少表界面粘附力，降低摩擦。该结果对类金刚石碳薄膜超滑机理的认识具有重要的推动作用。