WS2和MoS2在潤滑領域界面摩擦機理研究取得新進展

近日，清華大學機械系何永勇課題組在液體潤滑領域界面摩擦機理研究方面取得新進展，系統地解釋了石墨烯（C）和六方氮化硼（HBN）、二硫化鉬（MoS2）和二硫化鎢（WS2）界面摩擦和磨損性能的逆相關現象，幷提出了邊界潤滑膜與動壓潤滑膜的耦合模型。

研究發現，在相同實驗條件下，脂相潤滑狀態的石墨烯和六方氮化硼的摩擦係數顯著低于二硫化鉬和二硫化鎢，即抗摩擦性能更優越，但C和HBN對應的磨痕深度却顯著大于MoS2和WS2，即抗磨損性能更差。這種奇怪的摩擦和磨損的逆相關特性，引發了研究人員進一步思考。

液體潤滑界面的摩擦域主要有邊界潤滑膜和動壓潤滑膜組成，兩種膜的耦合作用主導了界面的抗摩擦和抗磨損性能。研究發現，MoS2和WS2的邊界潤滑膜厚度大約爲200-250nm；而C和HBN的邊界潤滑膜厚度大約爲30-60納米。儘管二硫化鉬和二硫化鎢的摩擦係數較高，但超高魯棒性的邊界潤滑膜保證了其具有優越的抗磨損性能。在機械應力和摩擦熱的誘導下，MoS2和WS2納米片層在潤滑界面發生摩擦化學反應，即硫原子與摩擦界面鐵原子之間形成共價鍵，産生鐵的硫化物和鐵的硫酸鹽，極大增强鎢鉬硫化物納米片層在界面的粘附特性，由此增强摩擦界面邊界潤滑膜的魯棒性。

在液體潤滑狀態下，界面的摩擦力主要來源于兩方面，一是界面粗糙峰的接觸（磨損），二是來源于潤滑介質的內部剪切力（粘滯阻力）。研究發現，C和HBN的動壓膜厚度顯著小于MoS2和WS2。動壓潤滑膜流速隨著膜厚降低而增大，于是石墨烯和六方氮化硼顯著增强潤滑脂的剪切稀化現象，其對應的動壓潤滑膜具有更低的粘度，有粘滯阻力産生的摩擦力更小。

• < 前一頁
• 下一個 >