《Nature》| MXene重大突破：纳米复合材料用于减少粗糙钢表面的摩擦和磨损
摘要 Abstract
固体润滑剂材料的发展在环境条件下提供可靠的性能，适用于工业规模和设计复杂性，并在工程表面上工作。这些涂层由ti3c2tx -氧化石墨烯混合物组成，喷涂到轴承钢表面。摩擦学评估是在环境条件和高接触压力的球盘实验装置中进行的。评估结果表明，与未涂覆的单组分表面相比，使用ti3c2tx -石墨烯氧化物涂层可将摩擦显著降低至0.065(在1 GPa接触压力和100 mm/s下)，超过了目前的水平。该涂层还提供了出色的保护，防止基板和对端面的磨损。基于拉曼光谱、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和纳米压痕测量的观察结果对结果进行了解释。在致密、坚硬、饱和的悬键摩擦层中，即使在高测试载荷和高滑动速度下，也能保持润滑。
创新点
1. 利用喷涂法成功在钢基体上沉积了MXene和氧化石墨烯的混合涂料,这种简单的合成方法有望实现工业规模生产。
2. 在常规大气条件下实现了非常低的摩擦系数(0.065),明显优于现有固体润滑涂料,突破了该领域的技术水平。
3. 深入研究了摩擦过程中的润滑机制,发现涂料在工作时形成了一层具有高硬度和饱和端基的润滑膜,这可解释涂料的持久润滑性能。
4. 综合采用多种表征手段(拉曼、SEM、TEM等),系统研究了涂料的结构、化学、物理和机械性质之间的关系,揭示了工程润滑膜的形成机制。
5. 提出了固体润滑剂设计的新思路,即通过在工作过程中形成润滑膜来达到持久润滑的目的,为材料设计提供了新策略。
6. 在复杂气候条件下实现出色的润滑性能,使该固体润滑技术更具实际应用价值。
图文参考 Graphic reference
总结 Conclusions
本文主要研究了一种新型MXene/氧化石墨烯纳米复合涂料,用于减小粗糙钢表面的摩擦和磨损。观察到涂层具有优异的耐磨性，在基板上有电阻，并且在面球上没有可检测到的磨损损失。与在接触压力超过1gpa的环境温度和湿度条件下测试的最先进材料相比，摩擦值显着显著降低。这种行为是基于白光干涉测量、扫描和透射电子显微镜、拉曼光谱(点和面测绘)和纳米压痕测量的观察来解释的，因为形成了由MXene和MXene组成的坚固的摩擦层。石墨碳是由氧化石墨烯压实转化而成的，它阻止了金属对金属的接触。摩擦层具有较高的硬度、刚度和表面钝化性能润滑行为。这种简单的涂层合成的成功，提高了固体的技术成熟度，可用于复杂和实际应用的润滑剂。
