润滑是减少摩擦、降低或避免磨损的有效手段。液体润滑剂在苛刻工作环境中的润滑功能会逐渐失效，而固体润滑剂在磨损后难以及时修复和快速补充。因此，亟需研发兼具液体润滑剂和固体润滑剂优势的新型润滑材料，以满足当前对润滑材料多功能、高性能及多工况适用性的迫切需求。
中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室功能润滑材料课题组系统开展了二维过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物（MXene）无溶剂共价型纳米流体的设计制备及摩擦学性能研究。近日，研究人员从固液协同润滑的角度阐明了MXene无溶剂共价型纳米流体的多工况适用性及减摩抗磨作用机制。
研究人员利用MXene表面羟基与硅烷偶联剂间的缩合反应，将共价连接的硅烷偶联剂（KH560）-聚醚胺（M2070）修饰在MXene纳米片表面，获得了具有核壳结构的MXene无溶剂共价型纳米流体（MXene-KH560-M2070），证实了该流体具有良好的室温流动性和热稳定性等理化性能（图1）。
图1 MXene无溶剂纳米流体的制备及理化特性
研究人员将MXene-KH560-M2070作为润滑剂，在不同实验条件下对其摩擦学性能进行了系统研究，结果表明，MXene-KH560-M2070具有优异的润滑性能，尤其在中高温（100℃）、高载（700 N）和高速（50Hz）实验条件下依旧保持良好的减摩抗磨性能（图2A），这是由于在摩擦过程中核-壳结构纳米流体易在摩擦副表面形成较厚的润滑膜（图2B），MXene内核显著提升了润滑剂的承载能力和抗磨损性能，而外壳有机分子赋予润滑剂良好的扩散效应和自修复功能。因此，MXene无溶剂纳米流体可作为新型润滑剂发挥出固体润滑剂和液体润滑剂的协同作用。
图2 MXene无溶剂纳米流体的（A）摩擦学性能和（B）润滑膜的形成机制
该研究工作以“Solvent-free covalent MXene nanofluid: A new lubricant combining the characteristics of solid and liquid lubricants”为题发表在Chemical Engineering Journal（2023, 462, 142238）上，特别研究助理刘淑文博士为论文第一作者，王金清研究员和李章朋特聘青年研究员为共同通讯作者。
相关实验技术获中国发明专利授权1项（ZL202210703776.4）。
上述工作得到了国家自然科学基金面上项目、甘肃省自然科学基金、兰州化物所特聘青年研究员人才项目以及固体润滑国家重点实验室专项课题的支持。
来源：固体润滑国家重点实验室
