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       隨著美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)的“毅力號(hào)”火星漫游車?yán)^續(xù)探索火星表面，地球上的科學(xué)家已經(jīng)開發(fā)出一種新的納米級(jí)金屬碳化物，它可以作為一種“超級(jí)潤(rùn)滑劑”，降低未來(lái)漫游車的磨損。

       密蘇里科技大學(xué)化學(xué)系和阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室納米材料中心的研究人員研究了一類被稱為MXenes的二維納米材料，發(fā)現(xiàn)這種材料在減少摩擦方面效果很好。這項(xiàng)研究的負(fù)責(zé)人、密蘇里科技大學(xué)化學(xué)副教授瓦迪姆·莫查林(Vadym Mochalin)博士說(shuō)，這種材料在極端環(huán)境下的性能應(yīng)該比傳統(tǒng)油基潤(rùn)滑油更好。

       Mochalin說(shuō):“這些超潤(rùn)滑材料對(duì)于在極端條件下的高級(jí)抗磨和潤(rùn)滑應(yīng)用有著特殊的意義，就像現(xiàn)在火星上‘毅力號(hào)’探測(cè)器所經(jīng)歷的那樣?！边@一研究發(fā)表在《今日材料進(jìn)展》(Materials Today Advances)期刊2021年3月版上，題為“用二維過(guò)渡金屬碳化物(MXenes)和MXene/石墨烯涂層實(shí)現(xiàn)超潤(rùn)滑”。

       Mochalin說(shuō)，在觀察了探測(cè)器著陸后，把這項(xiàng)研究和“毅力號(hào)”的火星之旅聯(lián)系了起來(lái)?！爱?dāng)我看著探測(cè)器在火星上著陸時(shí)，我想:‘如果其中一個(gè)輪子上的潤(rùn)滑劑失效了怎么辦? ’然后我將其與我們對(duì)MXenes的研究聯(lián)系起來(lái)，因?yàn)槲蚁氲剑覀儎倓偘l(fā)現(xiàn)MXenes在缺乏氧氣和濕度的大氣中表現(xiàn)出超潤(rùn)滑性，接近火星上的物質(zhì)。”

       MXenes是一種具有特殊性能的金屬碳化物材料。例如，它們的導(dǎo)電能力使它們有可能用于能量存儲(chǔ)、傳感和光電子學(xué)。在這項(xiàng)最新的材料研究中，Mochalin和團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了一系列的測(cè)試，以確定它們?cè)谀承┎牧现凶鳛楣虘B(tài)潤(rùn)滑劑的作用。

       研究人員在納米尺度下進(jìn)行了球?qū)A盤的摩擦試驗(yàn)，將碳化鈦MXene沉積在硅基板(圓盤)上，硅基板上覆蓋了一層薄薄的二氧化硅，二氧化硅是沙子的主要成分。然后，他們測(cè)試了MXene的抗磨損能力，將其滑動(dòng)到一個(gè)類似金剛石的碳涂層鋼球上。他們?cè)诟稍锏暮h(huán)境中進(jìn)行了這些測(cè)試，濕度大大降低。

       Mochalin說(shuō)，測(cè)試發(fā)現(xiàn)MXene在鋼球和硅涂層圓盤之間相互作用，致使“超潤(rùn)滑狀態(tài)”下摩擦系數(shù)為0.0067到0.0017。摩擦系數(shù)是指兩個(gè)物體之間的摩擦量，由一個(gè)值決定，通常在0到1之間。數(shù)值越低，摩擦力越小。

       當(dāng)研究小組將石墨烯添加到鈦-卡賓碳MXene中，結(jié)果甚至更好。研究人員在他們的論文中寫道，添加石墨烯“進(jìn)一步降低了37.3%的摩擦和2倍的磨損”，而不影響MXene的超級(jí)潤(rùn)滑劑性能。

       “這些結(jié)果為探索MXenes家族在各種摩擦學(xué)應(yīng)用提供了新的可能性。”Mochalin表示。摩擦學(xué)是研究相互作用表面的摩擦、磨損和潤(rùn)滑的學(xué)科。