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博士研究生潘靖婕在《ACS Applied Materials & Interfaces》上发表文章
发布时间:2021-12-02


      摩擦导致大量能源浪费和经济损失,磨损引起的部件失效则会诱发安全性事故发生。然而,在减摩耐磨材料研究中存在一个经典润滑-耐久难题:减少摩擦要求剪切方向的力学强度薄弱,而降低磨损则要求负载方向的力学强度优异,因此实现多工况下超低摩擦和耐磨的耦合成为机械摩擦领域的一个重要挑战。二维范德华层状材料MoS2的弱剪切性能,其作为一种经典的固体润滑剂已被广泛使用于真空环境(如航空航天领域)。但MoS2的硬度低、抗氧化性能差,很大程度地限制了其在复杂工况中的应用。研究人员通过元素掺杂等方式对MoS2进行强化,但优化结果不尽如人意。

      本工作中,我们通过磁控共溅射制备了一种双相纳米复合薄膜TiB2/MoS1.7B0.3,其特征为具有高硬度的TiB2构建的框架结构可降低MoSy在磨损过程中的快速消耗进而提高耐磨损能力,MoS1.7B0.3在负载剪切的过程中则能在摩擦界面原位形成二维层状结构实现润滑。重要的是,TiBx(x>2)中过量的硼原子填补MoSy(y<2)中的天然硫空位,消除了易氧化活性位点,大大改善了薄膜的抗氧化性,试样在400°C空气退火后,这些优异性能保持完好。我们继续通过第一性原理计算阐明了MoS1.7B0.3可作为优异自润滑材料的机制。该研究结果开发了一种结构组分设计的纳米复合薄膜材料,为自润滑耐磨材料的合理设计提供了新的范式,为润滑-耐久难题提供了有效解决方案。

      该工作于2021年12月2日发表于《ACS Applied Materials & Interfaces》,题为 “Dual-phase Nanocomposite TiB2/MoS1.7B0.3: An Excellent Ultralow Friction and Ultralow Wear Self-lubricating Material”。

      

相关文章:Jingjie Pan, Chang Liu, Xinxin Gao, Kan Zhang*, Weitao Zheng, and Changfeng Chen, “Dual-phase Nanocomposite TiB2/MoS1.7B0.3: An Excellent Ultralow Friction and Ultralow Wear Self-lubricating Material”, ACS Appl. Mater. Interfaces. 13, 49, 59352 (2021)

文章链接:https://doi.org/10.1021/acsami.1c20034