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纳米润滑课题组，近年来围绕结构超润滑宏观尺度实现与工程化应用方面开展研究，取得了系列进展（金属催化诱导超滑ACS Appl. Mater. Interfaces (2021, 13, 3397)、基于微观尺度弹性变形分散接触应力的高承载结构超润滑 Chemical Engineering Journal (2022, 431, 133548)和摩擦限域促成粗糙表面上结构超润滑Advanced Functional Materials (2022, 2111365)等），对推动结构超润滑新概念技术和实现工程应用具有重要意义。

　　近日，研究人员在面向工程应用的宏观结构超润滑尺度设计与实现等方面取得新进展。以往结构超润滑研究局限于由两个晶体表面组成的单个有限尺寸（纳米或微米量级）摩擦结上，公度与非公度转变机理是解释单个摩擦结滑动行为的基本科学原理，这导致结构超润滑规模放大途径集中于如何制备大尺寸二维单晶材料和如何实现其在工程支撑基底上无破坏转移，阻碍了结构超润滑的宏观放大和工程应用。因此，探索实现商业规模生产的范德华异质纳米粉体的宏观超滑途径至关重要。然而，范德华异质纳米粉体摩擦前难以形成有序结，同时形成有序摩擦结后大量有限尺寸结之间非常复杂的接触重构，对实现范德华异质纳米粉体的宏观结构超润滑提出了重大挑战。

　　研究人员开发了一种通过掺入石墨烯边缘氧削弱纳米粉体边缘钉扎效应的简易方法，实现了二维纳米粉体到异质结转化，制备了由大量纳米尺度同质结和异质结共存的材料，实现了载荷、速度等可调、宽温域（-200~300°C）和宏观尺度结构超润滑，揭示了异质滑移和同质锁定的超滑调控机制。该研究结果对结构超润滑的规模放大和工程应用具有重要意义。

图1 整体研究思路图

　　相关研究成果以“Tunable, wide-temperature and macroscale superlubricity enabled by nanoscale van der Waals heterojunction-to-homojunction transformation”为题发表在Advanced Materials(https://doi.org/10.1002/adma.202303580)上。兰州化物所杨兴博士后为论文第一作者，张俊彦研究员和王永富副研究员为通讯作者。

　　以上工作得到了国家自然科学基金项目、中国科学院“西部之光”人才项目、中国科协海智计划和兰州化物所青年科技工作者协同创新联盟合作基金等的支持。

图2 摩擦学性能研究

图3 异质滑移和同质锁定的超滑调控机制理论研究

来源：先进润滑与防护材料研发中心