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过渡金属氮化物薄膜的水基自润滑特性

水基润滑作为一种无油润滑方式，因其绿色清洁的特点而受到广泛关注。然而，在水环境中运行的大部分机械运动部件不可避免地会出现磨损、生锈和老化等问题。开发一种具有超低摩擦和超低磨损的新型固-水复合体系将为创新润滑材料的研究与开发提供新的可能。本工作制备了典型的过渡金属氮化物（TMNs）薄膜，首次揭示了高硬度TMNs薄膜的水基自润滑性能，其摩擦系数甚至低于油基润滑。在水、空气和TMNs薄膜互相接触的环境中，TMNs薄膜易于发生摩擦氧化和水解反应，在摩擦界面之间形成含有过渡金属氧化物胶体（TMOs）的“摩擦液”。通过摩擦液的双电层斥力和水的弱剪切作用，高硬的TMNs薄膜展现出超低摩擦和超低磨损的优异摩擦学特性，例如NbN薄膜的摩擦系数低至0.058，磨损率低至1.79×10^-20 m³/Nm。TMNs薄膜的水基自润滑特性为无添加剂的水基润滑优化提供了一种可靠的新方案，有望应用于一些高湿度或水覆盖面不足的环境中。