科研進展
蘭州化物所MXene無溶劑納米流體潤滑材料研究獲新進展
潤滑是減少摩擦、降低或避免磨損的有效手段。液體潤滑劑在苛刻工作環(huán)境中的潤滑功能會逐漸失效，而固體潤滑劑在磨損后難以及時修復(fù)和快速補充。因此，亟需研發(fā)兼具液體潤滑劑和固體潤滑劑優(yōu)勢的新型潤滑材料，以滿足當前對潤滑材料多功能、高性能及多工況適用性的迫切需求。
中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所固體潤滑國家重點實驗室功能潤滑材料課題組系統(tǒng)開展了二維過渡金屬碳化物、氮化物或碳氮化物（MXene）無溶劑共價型納米流體的設(shè)計制備及摩擦學(xué)性能研究。近日，研究人員從固液協(xié)同潤滑的角度闡明了MXene無溶劑共價型納米流體的多工況適用性及減摩抗磨作用機制。
研究人員利用MXene表面羥基與硅烷偶聯(lián)劑間的縮合反應(yīng)，將共價連接的硅烷偶聯(lián)劑（KH560）-聚醚胺（M2070）修飾在MXene納米片表面，獲得了具有核殼結(jié)構(gòu)的MXene無溶劑共價型納米流體（MXene-KH560-M2070），證實了該流體具有良好的室溫流動性和熱穩(wěn)定性等理化性能（圖1）。
圖1 MXene無溶劑納米流體的制備及理化特性
研究人員將MXene-KH560-M2070作為潤滑劑，在不同實驗條件下對其摩擦學(xué)性能進行了系統(tǒng)研究，結(jié)果表明，MXene-KH560-M2070具有優(yōu)異的潤滑性能，尤其在中高溫（100℃）、高載（700 N）和高速（50Hz）實驗條件下依舊保持良好的減摩抗磨性能（圖2A），這是由于在摩擦過程中核-殼結(jié)構(gòu)納米流體易在摩擦副表面形成較厚的潤滑膜（圖2B），MXene內(nèi)核顯著提升了潤滑劑的承載能力和抗磨損性能，而外殼有機分子賦予潤滑劑良好的擴散效應(yīng)和自修復(fù)功能。因此，MXene無溶劑納米流體可作為新型潤滑劑發(fā)揮出固體潤滑劑和液體潤滑劑的協(xié)同作用。
圖2 MXene無溶劑納米流體的（A）摩擦學(xué)性能和（B）潤滑膜的形成機制
該研究工作以“Solvent-free covalent MXene nanofluid: A new lubricant combining the characteristics of solid and liquid lubricants”為題發(fā)表在Chemical Engineering Journal（2023, 462, 142238）上，特別研究助理劉淑文博士為論文第一作者，王金清研究員和李章朋特聘青年研究員為共同通訊作者。
相關(guān)實驗技術(shù)獲中國發(fā)明專利授權(quán)1項（ZL202210703776.4）。
上述工作得到了國家自然科學(xué)基金面上項目、甘肅省自然科學(xué)基金、蘭州化物所特聘青年研究員人才項目以及固體潤滑國家重點實驗室專項課題的支持。
