王金清等：MXene基材料摩擦学研究获系列进展

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二维过渡金属碳化物、氮化物和碳氮化物（MXene）是继石墨烯之后材料科学和凝聚态物理学中备受关注的新材料。这类二维纳米材料具有优异的机械性能和自润滑能力，将其用作新型润滑材料是当前摩擦学领域的研究热点。
　　近年来，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在MXene基润滑材料的设计制备和摩擦学研究方面取得了系列进展。
　　研究人员利用电泳沉积技术制备了表面均匀、厚度可控的Ti3C2/GO复合润滑涂层，通过研究Ti3C2、GO和Ti3C2/GO薄膜的形貌、微观结构和摩擦学性能，揭示了沉积电压、载荷和滑动速度对复合薄膜摩擦学性能的影响机制（图1）。相关成果发表在Tribology International（2022, 167, 107361）上。

图1. Ti3C2/GO复合润滑涂层的制备及其摩擦学性能

　　为进一步提高MXene/GO复合薄膜的耐磨寿命，研究人员构筑了具有“砖混结构”的金属离子增强的MXene/GO复合润滑涂层。采用简单的离子桥接法，将金属离子引入MXene/GO复合薄膜中，通过金属离子与纳米材料之间的化学相互作用，显著提高了复合薄膜的力学性能和耐磨寿命。相关成果发表在Applied Surface Science（2023, 625, 157181）上。
　　近日，研究人员提出了利用盐析效应构筑固液复合润滑水凝胶体系的新策略。通过将Zn2+引入MXene/PVA水凝胶，借助Zn2+的多重交联和盐析效应，诱导水凝胶中网络结构的强化，将水凝胶中的固定水转化为游离水，在摩擦过程中，游离水被释放出来。同时，将游离水作为液相，类固态的水凝胶作为固相，实现了固、液两相在一种材料中的有效复合，更好地发挥了固液协同效应，从而获得了优异的减摩抗磨效果。该研究工作以“Bioinspired multi-crosslinking and solid–liquid composite lubricating MXene/PVA hydrogel based on salting out effect”为题发表在Chemical Engineering Journal（2023, 476, 146848）上。
　　此外，该课题组还在Advanced Powder Materials上发表了题为“MXenes in tribology: Current status and perspectives”的综述文章（2023, 2, 100092）。该文章从固体润滑剂、润滑添加剂和相增强材料三个方面介绍了MXene基材料的摩擦学研究现状，总结了影响MXenes摩擦学性能的多种因素及其润滑机理，对MXene摩擦学的发展前景进行了展望。
　　兰州化物所博士研究生苗晓南为论文第一作者，李章朋特聘青年研究员和王金清研究员为共同通讯作者。
　　上述工作得到了国家自然科学基金面上项目、中国科学院战略性先导科技专项、中国科学院“西部之光”人才培养计划和兰州化物所特聘青年研究员人才等项目的支持。
      
        文章来源：兰州化物所
       王金清：男，理学博士，研究员，博士研究生导师，中国科学院“百人计划学者”，2011年度甘肃省“杰出青年”基金获得者。中国化学会会员，中国机械工程学会会员，《摩擦学学报》编委，《功能材料》特聘编审专家。1999年毕业于西北师范大学化学系，2004年8月在中国科学院兰州化学物理研究所获得理学博士学位。2005年获日本学术振兴会（JSPS）基金支持，在日本国立九州大学大学院综合理工学研究院做外国人特别学术研究员。2008年度中科院“百人计划”入选者，主要从事新型润滑薄膜材料的表/界面行为研究以及先进复合润滑材料研制和应用开发等方面的科研工作。迄今，在国内外重要学术期刊上发表研究论文100多篇（其中SCI收录80多篇），申报国家发明专利多项，2项获得授权。另外，还受邀参与两部英文摩擦学专著章节撰写工作。作为主要完成人参与的项目“纳米润滑材料的研制及其摩擦学性能”获得2005年度甘肃省科学技术进步奖一等奖，与兰州大学合作申报的项目“牙科材料的仿生优化设计和制备”获2010年度甘肃省科学技术进步奖三等奖/2010年度兰州市科学技术进步奖一等奖。目前，承担国家自然科学基金面上项目、科技部国家重点实验室专向基金、甘肃省“杰出青年”基金以及中科院院地合作和企业委托合作等多项研究课题。