超润滑研究表明可以在宏观尺度上实现无摩擦状态
纽约州立大学理工学院 (SUNY Poly) 校长 Winston “Wole” Soboyejo 博士和博士后研究员 Tabiri Kwayie Asumadu 博士发表了一篇题为“碳涂层金属表面的稳健宏观超润滑”的论文。这篇论文探讨了一种减少金属表面摩擦的创新方法——这是一项重大进步，可能会对现实世界产生重大影响。该项研究发表在《今日应用材料》杂志上。
研究表明，超润滑性（一种几乎没有摩擦的状态，曾经被认为只能在纳米尺度上实现）现在可以在常规大气条件下，通过采用由生物废物制成的可持续生产的碳涂层，在宏观尺度上长时间维持。
这些发现具有重要的实际意义。在汽车行业，乘用车 30% 以上的燃油用于克服摩擦，因此这些新型涂层有助于大幅提高燃油效率。在制造业和工业机械中，它们有助于减少磨损，从而节省大量成本，并减少各国在摩擦相关设备问题上花费的 GDP 的 1-4%。在电子设备中，微小的摩擦可能会带来大规模的挑战，而涂层可以帮助缓解这种挑战。
“这项研究确实可以触及大多数行业，”Asumadu 博士说。“从生物医学到能源行业，再到几乎所有类型的制造业，这种方法可以帮助延长机器零件的使用寿命，降低维护和更换成本，并创造更可持续的工业未来。”
本文讨论了结构钢、钛和镍合金基体上碳涂层金属沉积物的超低（接近零）摩擦的实验和计算结果。通过金属表面上结构错位的碳涂层，证明了宏观超润滑性，并使其在几个循环中得以维持。
使用一种新型高温生物废物处理工艺，在这些金属表面上沉积了具有各种石墨烯足迹的碳纳米晶体。碳纳米晶体在磨损轨迹中变形、变平并聚结形成石墨膜，从而产生约 0.003 的超润滑摩擦系数。
在镍和钢基材上，涂层寿命约为 150,000 次，磨损率降低。实验通过原子模拟进行了验证，提供了石墨烯变体对观察到的无摩擦条件的影响的机械见解。
阐明了涂层/基材相互作用对宏观超润滑性的影响机制。探讨了当前结果对设计坚固且低成本的金属基材宏观超润滑碳涂层的意义。生物废弃物是循环经济中的碳源，利用材料回收来减少全球碳足迹。
该论文由来自非洲和美国东北部的八位材料科学家合作发表，其中包括 Mobin Vandadi、Desmond Edem Primus Klenam、Kwadwo Mensah-Darkwa、Emmanuel Gikunoo、Samuel Kwofie 和 Nima Rahbar。
“我和我的同事对这项工作感到非常自豪，尤其是它可能带来的环境和经济影响，”索博耶乔博士说。“我们期待看到摩擦管理技术在研究人员将这些方法付诸实践后取得突破。”
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