张俊彦等：宏观结构超润滑研究获新进展

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结构超润滑是近代摩擦学研究的一个重要分支，指两个晶体表面非公度接触时摩擦近乎为零的润滑状态。结构超润滑将为太空探测、空间运输、精密制造和高端装备等领域带来变革性的进步。
　　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。
       文章来源：兰州化物所
        张俊彦，男，1968年生，博士，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研究员，博士生导师，中国科学院“百人计划—引进国外杰出人才”择优支持获得者。1990年兰州大学化学系毕业，1997年、1999年分别在兰州化学物理研究所获得硕士、博士学位，2000年3月至2005年7月在美国加州大学伯克利分校/伯克利劳伦斯国家实验室、阿拉巴马大学、莱斯大学从事博士后研究。2007年7月至10月在美国ARGONNE国家实验室从事合作研究。担任国际能源机构交通先进材料委员会(International Energy Agency, IEA，Advanced Materials for Transportation, AMT)中国代表，中国材料研究学会青年委员会副秘书长，中国微纳器件与系统技术学会理事，《摩擦学学报》编委，美国《The Open Corrosion Journal》编委。应邀担任2006年10月在日本金泽召开的“第3届亚洲摩擦学国际会议”—— “磁记录系统摩擦学”分会主席，担任2008年5月在美国Cleveland召开的STLE年会—“固体润滑”分会副主席，2008年10月在韩国济州岛召开的“第1届国际类金刚石薄膜标准化研讨会”国际顾问委员。在国际学术会议上作邀请报告5次，发表SCI收录论文80余篇，申报国家发明专利16件，获甘肃省科技进步一等奖1项（排名第四）。负责国家自然科学基金重点项目1项、面上项目2项、国际合作交流项目1项，科技部863项目1项，合作承担国防科工委基础研究项目1项，及多项企业合作项目。