超滑(Superlubricity)特指摩擦因數(shù)處于0.001或者更低的潤滑狀態(tài)。超滑材料的工程應(yīng)用,對空間飛行器、加速器真空系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)裝置等不可更替運(yùn)動(dòng)副的高可靠、長壽命意義重大。在眾多超滑材料中,石墨烯、石墨、碳納米管、金剛石薄膜、非晶碳膜等碳相關(guān)材料是研究的熱點(diǎn)。本文以碳相關(guān)材料的超滑行為研究為主線,綜述了微觀尺度超滑、宏觀尺度超滑、固液復(fù)合超滑的研究現(xiàn)狀,總結(jié)了超滑材料工程應(yīng)用的潛在挑戰(zhàn),指出如何實(shí)現(xiàn)全工況范圍固體薄膜超滑和固油復(fù)合超滑將是未來的主要研究方向。

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【部分圖文】：

圖1公度接觸與非公度接觸示意圖。

2012年清華大學(xué)團(tuán)隊(duì)首次觀測到石墨島的“自縮回運(yùn)動(dòng)”現(xiàn)象，證實(shí)在10μm×10μm尺寸上存在超滑現(xiàn)象[11]。進(jìn)一步的研究直接觀察到HOPG的六重對稱性自縮回現(xiàn)象，這一自縮回現(xiàn)象只有在非公度接觸表面才會出現(xiàn)[12]。但是HOPG的超滑需要非常嚴(yán)苛的條件——只有當(dāng)石墨島中存在兩個(gè)....

圖2探針和HOPG之間的摩擦力與法向載荷的函數(shù)曲線

高定向熱解石墨的超滑仍然局限于微觀尺度，在宏觀尺度上，非公度接觸被晶面的起伏抑制，粗糙度成為影響高定向熱解石墨摩擦學(xué)的主要原因。1.3石墨烯的超滑

圖3HOPG之間的摩擦力隨法向載荷變化的函數(shù)曲線

Kawai等[18]通過在金（Au)(111）襯底上的橫向操作，在低溫（4.8K）、超高壓條件下使用AFM，研究了石墨烯納米帶（GNRs）的摩擦、黏附和彈性性能。結(jié)合實(shí)驗(yàn)和計(jì)算證明了石墨烯納米帶在金上滑動(dòng)時(shí)的超滑性。Li等[19]通過在Si尖上形成轉(zhuǎn)移的石墨納米薄片，在2.52....

圖4石墨烯上WS2的原子分辨圖像

圖3HOPG之間的摩擦力隨法向載荷變化的函數(shù)曲線石墨烯的超滑被廣泛研究，從納米到微米，從固體到液體，從自配副到異質(zhì)配副體系均有報(bào)道，是碳基超滑材料的研究熱點(diǎn)。但是，如何基于納米尺度超滑機(jī)制構(gòu)建宏觀石墨烯超滑界面仍然須深入研究。

本文編號：3977088