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二维黑磷纳米材料的微观摩擦特性

作为一种新型固体润滑材料，黑磷（BP）在液体润滑和自润滑材料领域的研究中有优异的表现。针对BP纳米材料在大气环境的不稳定性，本研究从摩擦化学的角度切入，对BP微观摩擦润滑行为和微观机理进行了探索。在大气环境的退化后，BP纳米片表面引入的P=O有利于水分的吸附，促使P-OH基团的生成，使用原子力显微镜进行黑磷表面摩擦力测试，发现P-OH官能团的引入可使BP表面摩擦力降低~50%；水分子吸附对于BP表面氧化层摩擦减磨具有关键作用，有利于其表面形成润滑水层。可知，二维黑磷片表面基团的引入对其表面减磨有积极作用。在黑磷表面摩擦力测试研究中发现，退化的BP纳米片与SiO₂基底间可形成具有超低剪切强度的界面，使用AFM探针侧向推动，BP纳米片可在SiO₂表面发生持续滑动（滑动距离~3 μm），界面剪切强度0.029±0.004 MPa；BP纳米片的退化增强了界面水分子的插入，改变了与SiO₂的界面结构：BP纳米片表面形成了由P-OH基团束缚的受限水层避免了BP与SiO₂的相互作用，两者间流动自由水层的存在使界面实现超低剪切。