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       隨著美國國家航空航天局(NASA)的“毅力號”火星漫游車繼續(xù)探索火星表面，地球上的科學家已經(jīng)開發(fā)出一種新的納米級金屬碳化物，它可以作為一種“超級潤滑劑”，降低未來漫游車的磨損。

       密蘇里科技大學化學系和阿貢國家實驗室納米材料中心的研究人員研究了一類被稱為MXenes的二維納米材料，發(fā)現(xiàn)這種材料在減少摩擦方面效果很好。這項研究的負責人、密蘇里科技大學化學副教授瓦迪姆·莫查林(Vadym Mochalin)博士說，這種材料在極端環(huán)境下的性能應該比傳統(tǒng)油基潤滑油更好。

       Mochalin說:“這些超潤滑材料對于在極端條件下的高級抗磨和潤滑應用有著特殊的意義，就像現(xiàn)在火星上‘毅力號’探測器所經(jīng)歷的那樣?！边@一研究發(fā)表在《今日材料進展》(Materials Today Advances)期刊2021年3月版上，題為“用二維過渡金屬碳化物(MXenes)和MXene/石墨烯涂層實現(xiàn)超潤滑”。

       Mochalin說，在觀察了探測器著陸后，把這項研究和“毅力號”的火星之旅聯(lián)系了起來?！爱斘铱粗綔y器在火星上著陸時，我想:‘如果其中一個輪子上的潤滑劑失效了怎么辦? ’然后我將其與我們對MXenes的研究聯(lián)系起來，因為我想到，我們剛剛發(fā)現(xiàn)MXenes在缺乏氧氣和濕度的大氣中表現(xiàn)出超潤滑性，接近火星上的物質(zhì)。”

       MXenes是一種具有特殊性能的金屬碳化物材料。例如，它們的導電能力使它們有可能用于能量存儲、傳感和光電子學。在這項最新的材料研究中，Mochalin和團隊進行了一系列的測試，以確定它們在某些材料中作為固態(tài)潤滑劑的作用。

       研究人員在納米尺度下進行了球?qū)A盤的摩擦試驗，將碳化鈦MXene沉積在硅基板(圓盤)上，硅基板上覆蓋了一層薄薄的二氧化硅，二氧化硅是沙子的主要成分。然后，他們測試了MXene的抗磨損能力，將其滑動到一個類似金剛石的碳涂層鋼球上。他們在干燥的含氮環(huán)境中進行了這些測試，濕度大大降低。

       Mochalin說，測試發(fā)現(xiàn)MXene在鋼球和硅涂層圓盤之間相互作用，致使“超潤滑狀態(tài)”下摩擦系數(shù)為0.0067到0.0017。摩擦系數(shù)是指兩個物體之間的摩擦量，由一個值決定，通常在0到1之間。數(shù)值越低，摩擦力越小。

       當研究小組將石墨烯添加到鈦-卡賓碳MXene中，結(jié)果甚至更好。研究人員在他們的論文中寫道，添加石墨烯“進一步降低了37.3%的摩擦和2倍的磨損”，而不影響MXene的超級潤滑劑性能。

       “這些結(jié)果為探索MXenes家族在各種摩擦學應用提供了新的可能性?！?span style="font-family: "times new roman";">Mochalin表示。摩擦學是研究相互作用表面的摩擦、磨損和潤滑的學科。