发布日期：2025-02-11 21:35 点击次数：82
摩擦和磨损是影响机械系统效用和寿命的重要因素。传统润滑油添加剂，如二烷基二硫代磷酸锌（ZDDP），尽管在减少磨损方面贯通出色，但其含有的硫和磷元素会对环境变成期侮，并变成汽车尾气催化调理器的毒化。因此，修复低磷、低硫，以至无磷、无硫的添加剂成为新式绿色润滑材料的发展趋势。尽管现存商榷中常选拔、碳纳米管、氮化硼等纳米材料当作润滑油添加剂，可是其在液体润滑油中尝尝濒临易团员、难分布等问题，难以工业化期骗。一个可行的决策是在摩擦界面原位生成类石墨结构，从而减小摩擦和磨损。
近期，Nature Communications报谈了清华大学高端装备界面科学与工夫寰宇要点推行室雒建斌院士团队李津津副素质在基于前期商榷基础，修复了一系列二酯类添加剂，并获得了优异的抗磨减摩效用。其中最为典型的酸二辛酯（DOM），其当作超低粘度基础油聚α烯烃（PAO2）的添加剂时，不错将摩擦扫数缩短50%， 磨损体积减小80%，具有比工业添加剂ZDDP更低的摩擦扫数和临近的磨损，且该类添加剂在2.78GPa的极高战斗压力下也不错保管沉稳的抗磨减摩效用。通过对摩擦后磨痕的分析，发现该类添加剂不错在磨痕上生成一层被光学显微镜不雅察到的摩擦膜（tribofilm），且该摩擦膜在磨痕名义的面积遮掩率与跑合期间摩擦扫数的缩短趋势刚好吻合（图1h），从而考证了该摩擦膜优异的减摩效用。
图 1 不同添加剂在聚α烯烃 (PAO) 中的摩擦学性能对比。
作家进一步通过纳米力学分析、名义化学分析等进一步讲明了该摩擦膜在微纳圭臬上具有更低的杨氏模量（图2b,c）、粘附（图2e）、剪切（图2d），从而不错终了宏不雅圭臬的低摩擦、低磨损特点。该类摩擦膜的厚度约为30nm，其主要身分由类石墨碳材料组成（图2f, h）。
图 2苹果酸二辛酯 (DOM) 形成的磨痕的纳米力学与名义化学分析
作家进一步深切商量了摩擦经由中添加剂分子结构和摩擦副材料的影响。发现当二酯中羧酸部分长度加多到6个碳链长度时（图3，DOA， DOS），就无法生成类石墨结构，只可变成磨痕名义的氧化，生成氧化铁类化合物。可是当加多二酯分子结构中的醇的碳链长度时（图3，DOSN），照旧不错生成类石墨结构。此处，作家揣摸由二酯类化合物生成类石墨结构的摩擦化学反馈是一个访佛于解放基连合的经由，其中第一步解放基的激励因为需要非凡能量的输入，因此成为通盘反馈的决速要津。当二酯类分子中羧酸部分的碳链长度小于即是4时，C-C键断裂后，形成的解放基不错被两头酯键中氧原子上的孤电子对所沉稳（图3j，DOT），因此裸清楚更低的C-C键解离能。这种更低的解离能有助于激励摩擦化学反馈，AG百家乐是真实的吗从而生成类石墨结构。可是当二酯中羧酸部分的碳链长度达到6时（图3j，DOS），形成的解放基由于距离另一侧酯键的距离较远，无法被沉稳，因此需要更高的解离能，无法快速有用的生成类石墨结构。
图3二酯类添加剂的分子结构对摩擦学性能及磨痕名义居品的影响分析
作家也发现这种二酯类添加剂只可在金属铁名义才不错生成类石墨结构，从而减小摩擦和磨损，而在玻璃、蓝对持等材料名义却不行以生成（图4）。此处，作家揣摸是因为金属材料名义的催化活性所导致的。但这里作家提议当摩擦膜的厚度孕育到5nm后，就膺惩了金属基底与有机分子的传质作用，导致金属基底无法催化孕育摩擦膜到30nm的厚度(图4a)。但作家另外发现，轴承钢摩擦副在摩擦经由中不错产生铁单原子，从而镶嵌在类石墨摩擦膜结构中，终了金属催化剂与有机小分子的合手续传质作用(图4b)，从而催化孕育至30nm纳米厚度的类石墨摩擦膜。事理的是，块体金属材料通过摩擦作用产生单原子的时事，在机械化学鸿沟也得到考证与关切（Abrading bulk metal into single atoms. Nat. Nano-technol.17,403–407 (2022)）。
图 4苹果酸二辛酯 (DOM) 在不同材料名义的摩擦学性能对比以及名义传质机理走漏图。
为进一步考证机理，作家通过反馈分子能源学模拟了该类分子在金属铁和二氧化硅（玻璃主要身分）的旅途经由，发现其只可在金属铁名义才不错发生脱氢、重整成碳环的时事，进一步考证了金属催化的效应。
图5苹果酸二辛酯 (DOM) 分子在Fe名义的结构演变走漏图。
该职责有劲揭示了摩擦界面经由中润滑剂分子结构以及固体摩擦副对类石墨结构生成的影响，有助于为假想新式绿色润滑材料提供鉴戒想路。
该职责第一作家为博士后宋伟，通信作家为清华大学李津津副素质、天津工业大学张伟伟商榷员。清华大学博士生马晓阳、欧阳楚可，博士后孙守义等，帝国理工学院Janet Wong，曾崇阳等作念此职责出伏击孝敬。该职责得到国度当然科学基金委、科技部要点研发假想、中国博士后科学基金的营救。
作家简介：
李津津，机械工程系长聘副素质，博士生导师。主要从事机械润滑表面、超滑工夫商榷职责。主合手了JKW基础加强假想神气课题、科技部要点研发假想课题、国度当然科学基金等神气10余项。以第一和通信作家身份在Nature Communications、Matter、Advanced Functional Materials, ACS Nano等高水平期刊上发表SCI学术论文100余篇，他引4000余次, H因子47，肯求授权国度发明专利20余项。担任Friction、Lubricants等期刊的编委，受邀在国表里学术会议上作念邀请论说17次。2021年入选了国度级后生东谈主才假想，2018年入选了中国科协后生托举东谈主才工程，并获清华大学学术新东谈主奖和“温诗铸枫叶奖－优秀后生学者奖”，曾获当然科学基金委优秀结题神气和上银优秀机械博士论文奖等奖励。
https://www.nature.com/articles/s41467-025-58292-6
源流：高分子科学前沿
声明：仅代表作家个东谈主不雅点，作家水平有限，如有不科学之处，请不才方留言指正！
