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清華大學Jinjin Li課題組--氧化石墨烯作為添加劑實現摻硅金剛石狀碳膜的宏觀尺度超潤滑
       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) 膜上實現了極端摩擦系數 (COF = 0.002)。摩擦化學反應發生在Si3N4表面和 a-C:H:Si 膜上,導致在Si3N4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Si3N4/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Si3N4表面摩擦膜和a-C:H:Si膜的橫截面結構。(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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