502 / 2021-06-18 21:42:21

二维四方晶格的金属有机框架的微观摩擦学研究

微观摩擦机制指出，润滑材料的面外变形能力越弱，探针在其表面滑动时褶皱效应越弱，从而摩擦越低。另外探针与润滑材料之间的作用力越弱，即粘附力越小，探针在其表面上滑动时阻力越小。面外变形能力弱是无机材料的优势，而低粘附力是高分子材料的优势，所以传统润滑材料无法将其统一起来。金属有机框架（MOFs）这种无机有机杂化性质的材料恰恰可以做到这一点。鉴于此，我们首先设计合成了不同组成单元但都为同样方格结构的MOFs。在这些MOFs表面进行微摩擦研究，摩擦系数、摩擦力以及粘附力都显示出相同的大小趋势，这表明MOFs的表面摩擦行为与其组成成分间有相关性，我们通过DFT模拟和表征结果确认了由配位不稳定性导致的MOFs表面金属位点显正电性，其与探针悬键相作用是摩擦的本质。而配位稳定性的顺序与表面摩擦力和粘附力的顺序负相关，从而我们就建立了二维MOFs结构与摩擦学性能之间的构效关系。我们通过所建立构效关系预测了性能更好的MOFs的组成结构，鉴于合成方法众多，我们采用最经典的几种方法制备了这种组成的MOFs，表征结果表明它们拓扑结构相同但表面结构不同，不同的表面结构在微摩擦测试中显现出巨大的性能差异。通过原子级摩擦图像我们建立了表面结构与摩擦性能之间的构效关系。