由于其特殊的結構和層間弱的相互作用，包括類金剛石碳 (DLC) 和石墨烯在內的碳基材料已被證明是非凡的潤滑材料。在這項工作中，通過用氧化石墨烯 (GO) 納米片作為乙二醇中的添加劑進行潤滑，在摻硅氫化非晶碳 (a-C:H:Si) 膜上實現(xiàn)了極端摩擦系數(shù) (COF = 0.002)。摩擦化學反應發(fā)生在Si
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4表面和 a-C:H:Si 膜上，導致在Si
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4和a-C:H:Si表面形成二氧化硅膠體層。同時，GO納米片在摩擦面上的物理吸附使剪切面從Si
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4/a-C:H:Si界面轉移到GO/GO界面，進一步降低了剪切應力。最終建立了a-C:H:Si和GO納米片協(xié)同潤滑效應的機理和建模，以揭示宏觀尺度超潤滑的設計原理。
Figure 1. (a) 在Si襯底上沉積了a-C:H:Si膜的橫截面SEM圖。(b) a-C:H:Si薄膜上的壓痕力-深度曲線。(c) a-C:H:Si 薄膜的拉曼光譜。(d) a-C:H:Si 膜在 C 1s 的 XPS 光譜。(e) Si 2p 的 XPS 光譜。(f) a-C:H:Si 薄膜的 XRD 譜
Figure 2. (a) COF隨時間的變化，分別是水、乙二醇和GO納米片作為乙二醇中的添加劑進行潤滑。 (b) 在長時間滑動試驗中，隨著 GO 納米片作為乙二醇添加劑的潤滑，COF 隨時間的演變。（c）在不同的滑動速度下，以GO納米片作為添加劑，在乙二醇中潤滑的平均COF值。（d）COF值與GO納米片濃度之間的關系。
Figure 3. 摩擦測試后Si
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4表面摩擦膜和a-C:H:Si膜的橫截面結構。(a-b) 分別在Si
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4表面和a-C:H:Si膜上形成摩擦膜的HRTEM圖像。(c) 沿 (a) 中橫截面分布的元素分布。(d) 沿 (b) 中橫截面分布的元素分布。（e-f）分別在Si
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4表面和a-C:H:Si 膜上形成的摩擦膜的HRTEM圖像的放大視圖。
Figure 4. (a) 以GO納米片為添加劑的a-C:H:Si膜在乙二醇中作為潤滑劑的摩擦演化示意圖。(b) Si
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4表面和a-C:H:Si膜之間的接觸區(qū)示意圖。(c) 邊界潤滑中，三種類型的剪切面。(d) 彈性流體動力潤滑的示意圖。
相關研究成果于2021年由清華大學Jinjin Li課題組，發(fā)表在Carbon（https://doi.org/10.1016/j.carbon.2021.01.147）上。原文：Macroscale superlubricity of Si-doped diamond-like carbon film enabled by graphene oxide as additives。
轉自《石墨烯雜志》公眾號
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