摩擦磨損是引起能源損耗及工程裝備關(guān)鍵運動部件失效的關(guān)鍵因素，新型固體潤滑涂層及沉積技術(shù)可為工程裝備提質(zhì)延壽提供有效的途徑。石墨烯具備的優(yōu)異機械特性，使其在固體潤滑領(lǐng)域顯示出潛在減磨應(yīng)用前景。然而，在工業(yè)應(yīng)用中實現(xiàn)連續(xù)態(tài)石墨烯的原位生長仍存在挑戰(zhàn)。

近日，由華南理工大學(xué)、廣東省科學(xué)院新材料研究所（以下簡稱省科學(xué)院新材料所）和香港城市大學(xué)共同組成的研究團(tuán)隊，采用高溫固溶和競爭催化反應(yīng)調(diào)控策略，在硬質(zhì)合金（WC-Co）基材上實現(xiàn)了高質(zhì)量石墨烯涂層的原位自適應(yīng)生長，使得硬質(zhì)合金的潤滑性能得到極大提升。

進(jìn)一步地，研究團(tuán)隊通過第一性原理模擬揭示了Co原子作為抑制劑，以非成鍵形式與Ni原子競爭，并從C中獲得的電子，減弱了NiC鍵合，降低了能量損耗，從而促進(jìn)了石墨烯自適應(yīng)生長。這種競爭反應(yīng)引起的弱鍵合效應(yīng)通過降低石墨烯涂層表面滑動能壘與界面分離功，進(jìn)而降低了表面摩擦。

圖1：硬質(zhì)合金基材表面石墨烯涂層原位生長過程及界面結(jié)構(gòu)TEM表征圖

圖2：硬質(zhì)合金基材表面石墨烯涂層的摩擦性能及表界面結(jié)構(gòu)表征圖

圖3：基于第一性原理的摩擦行為模擬及競爭反應(yīng)機制示意圖

借鑒該競爭反應(yīng)策略，有望將硬質(zhì)合金基材擴(kuò)展到由具備競爭催化反應(yīng)金屬特性所組成的各種工業(yè)材料表面，以實現(xiàn)石墨烯涂層的工程化減摩應(yīng)用。

該研究成果發(fā)表于國際碳材料頂級期刊Carbon（Q1，TOP期刊，IF=10.9）。省科學(xué)院新材料所為第二單位，林松盛教授級高級工程師為共同通訊作者。該研究工作得到國家自然科學(xué)基金和廣東省科學(xué)院發(fā)展專項資金等項目的支持。

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原文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.carbon.2023.118561

供稿|真空鍍膜研究室

供圖|真空鍍膜研究室