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润滑油在流体润滑状态下可有效发挥润滑效果，但在边界润滑和混合润滑状态下，接触界面润滑剂不足，摩擦副发生直接接触，导致摩擦增大，磨损增加。普遍认为，在润滑油中添加有机摩擦改进剂(OFMs)可有效改善不同润滑状态的润滑效果。OFMs属于典型的两亲性表面活性剂分子，其具有非极性脂肪族尾基和极性头基。在摩擦过程中，极性头基可以吸附在基底表面，同时长脂肪族尾基则向外伸展进入润滑油，形成紧密排列的自组装分子层，发挥润滑效果。由此可知，有机摩擦改进剂的结构与其摩擦学行为密切相关，有必要系统研究其结构对摩擦学性能的影响机制。
前期报道中，有机摩擦改进剂普遍作为添加剂研究其在基础油中的润滑性能，在摩擦配副的相对运动过程中基础油和有机摩擦改进剂共同发挥作用。因此，为了更加直观地研究有机摩擦改进剂的结构对其摩擦学行为的影响机制，本研究将具有不同官能团结构的有机摩擦改进剂作为功能性模型润滑剂，系统研究官能团结构对润滑剂摩擦学性能的影响规律。在相同的试验条件下测试九种模型润滑剂的摩擦学性能，并对磨痕与磨屑进行系统表征。通过试验与理论计算相结合，探究不同官能团结构对其界面行为的影响机制，进而获得功能性润滑剂分子的作用机理。
由于功能性模型润滑剂分子结构的不同，其摩擦学行为表现出差异性。从不同润滑剂在摩擦副材料的界面性质角度出发，系统研究了官能团结构对润滑剂摩擦学性能的影响及作用机理。密度泛函理论(DFT)计算表明在基底表面具有高吸附能的润滑剂分子更易吸附于基底并形成垂直单分子层，在摩擦剪切力的作用下润滑剂分子依然可以保持规则的分子刷结构，从而表现出低摩擦系数。表面能计算结果显示可在基底表面形成具有高表面能吸附膜的润滑剂分子在摩擦过程中则更易发生摩擦化学反应，形成保护性摩擦膜，进而降低磨损率。同时，润滑剂分子的吸附能和表面能具有正相关性。由此获得壬酸具有优异摩擦学行为的作用机制是基于其较高的表面能和吸附能，摩擦过程中与基底相互作用产生了具有良好润滑效果的Fe3O4和石墨烯，促使其摩擦降低，磨损减少。
本研究对新型润滑剂和添加剂的开发利用具有指导意义。
于鸿翔，中国科学院兰州化学物理研究所在读博士研究生。研究领域包括润滑剂的摩擦化学反应机理与动力学以及新型润滑添加剂的设计开发。
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40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2021年影响因子为4.924，五年影响因子为5.662，位居Q1区。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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