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超滑(Superlubricity)技术由于其超低摩擦系数和近零磨损率的优异特性,能够最大化减少摩擦过程中的能量损耗和材料磨损,成为近年来摩擦学领域的研究热点之一。目前液体超滑的研究主要集中在较低的应用载荷和转速范围,运动形式和摩擦副的选择有限。为了推动液体超滑技术的工程化应用,需要开发新型液体超滑体系,提高其承载能力和运转速度域,拓展接触界面间的运动形式,实现宏观大尺度和苛刻条件下的液体超滑。
本文将离子液体和二维纳米材料复合作为润滑添加剂,选用水–多元醇体系,利用质子型离子液体的水合离子化作用和羟基化氮化硼纳米片(HO-BNNs)的表面抛光和自修复作用,通过四球摩擦试验机考察复合润滑添加剂在高载、高速及点接触形式下的宏观超滑行为,分析摩擦实验后摩擦膜和磨屑的组成,以及润滑状态的演变过程,在理论计算的基础上揭示其超滑机理。
利用羟基化氮化硼纳米片表面抛光、自修复及质子型离子液体水合离子化的协同作用,在水-多元醇体系中首次实现了高应用载荷(> 200 N)、高转速(> 0.557 m/s)、点接触形式下钢界面间的宏观液体超滑,摩擦系数低至0.004。并通过理论计算和阶段性实验揭示其超滑机理。
该研究工作开发的水基宏观超滑体系具有绿色环保、性能优异、降低能耗的优势,有望将其作为金属切削润滑液应用于金属加工制造领域,并为超滑体系的开发和工业化应用提供新的研究思路。
郑治文,中国科学院兰州化学物理研究所在读博士研究生。研究领域包括宏观液体超滑、功能性润滑添加剂制备及摩擦学性能研究。
冯大鹏,中国科学院兰州化学物理研究所研究员,博士生导师。主要研究方向为高性能润滑油脂及添加剂,在国内外重要期刊发表研究论文80多篇,申请国家发明专利23件,获国家发明专利授权11件,获得“国家技术发明二等奖”、“甘肃省技术发明奖”等多项奖项,研制的多种润滑油脂在航空航天关键运动部件上获得成功应用。
乔旦,中国科学院兰州化学物理研究所副研究员,硕士生导师,中国科学院青促会会员。主要从事高性能润滑油脂、离子液体润滑材料及摩擦化学研究等工作,在国内外著名期刊发表研究论文30余篇,申报国家发明专利6件,先后主持承担国家各部委、中科院及省级等各类项目10余项。
期刊简介
Friction(《摩擦(英文)》)是清华大学主办的国内首个摩擦学领域国际学术期刊,旨在发表和出版涵盖接触、摩擦、磨损、润滑、表面粘着和界面科学跨学科的创新性研究论文及专题性综述文章,致力于为国内外摩擦学和表面界面科学领域的学者搭建一流的国际学术交流平台,促进摩擦学在中国和国际学术界之间的交流和发展。其2020年影响因子为6.167,在国际摩擦学领域15余种SCIE数据库收录期刊中排名第一,成为我国乃至亚洲首个进入全球机械工程领域前10名的国际学术期刊(大类学科排名前8%)。2019年入选“中国科技期刊卓越行动计划”领军期刊(全国共22项),2021年荣获“第五届中国出版政府奖期刊奖提名奖”,2022年变为月刊,年发文量120篇,在Springer平台和SciOpen平台同时完全开放获取出版。
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