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清華大學(xué)Jinjin Li課題組--氧化石墨烯作為添加劑實(shí)現(xiàn)摻硅金剛石狀碳膜的宏觀尺度超潤滑
       由于其特殊的結(jié)構(gòu)和層間弱的相互作用,包括類金剛石碳 (DLC) 和石墨烯在內(nèi)的碳基材料已被證明是非凡的潤滑材料。在這項(xiàng)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(jìn)行潤滑,在摻硅氫化非晶碳 (a-C:H:Si) 膜上實(shí)現(xiàn)了極端摩擦系數(shù) (COF = 0.002)。摩擦化學(xué)反應(yīng)發(fā)生在Si3N4表面和 a-C:H:Si 膜上,導(dǎo)致在Si3N4和a-C:H:Si表面形成二氧化硅膠體層。同時(shí),GO納米片在摩擦面上的物理吸附使剪切面從Si3N4/a-C:H:Si界面轉(zhuǎn)移到GO/GO界面,進(jìn)一步降低了剪切應(yīng)力。最終建立了a-C:H:Si和GO納米片協(xié)同潤滑效應(yīng)的機(jī)理和建模,以揭示宏觀尺度超潤滑的設(shè)計(jì)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(shí)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(jìn)行潤滑。 (b) 在長時(shí)間滑動(dòng)試驗(yàn)中,隨著 GO 納米片作為乙二醇添加劑的潤滑,COF 隨時(shí)間的演變。(c)在不同的滑動(dòng)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(guān)系。
 
  
Figure 3. 摩擦測試后Si3N4表面摩擦膜和a-C:H:Si膜的橫截面結(jié)構(gòu)。(a-b) 分別在Si3N4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Si3N4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) Si3N4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(dòng)力潤滑的示意圖。
 
        相關(guān)研究成果于2021年由清華大學(xué)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(zhuǎn)自《石墨烯雜志》公眾號(hào)

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