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超潤滑材料-奈米鑽石與二維材料的結合

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科技產業資訊室 - 黃松勳 發表於 2018年5月25日

圖、奈米鑽石與二維材料的結合
在Nature Communications期刊上報導,美國能源部(DOE)阿貢(Argonne)國家實驗室的研究人員將奈米鑽石與層狀二維材料二硫化鉬(MoS2)結合,形成一種自生成,極低摩擦的固態潤滑劑,其持續時間很長,幾乎永遠有效。
 
目前市面上最常用的固態潤滑劑是石墨膏類型,用於潤滑門把和自行車鏈條等等。
 
2015年,該研究團隊人員透過石墨烯與奈米鑽石的結合,首次在工程規模上驗證了固體潤滑技術突破,進而實現超潤滑(接近零摩擦)。而此方法是革命性的,他們也持續進一步發展技術。
 
最近,他們利用二硫化鉬來取代石墨烯,以了解其他二維材料的行為,他們期望結果可與石墨烯-奈米鑽石潤滑劑相似。然而,令他們驚訝的是,在潤滑材料中觀察不到奈米鑽石,反而,發現了洋蔥狀碳球。原因,是二硫化鉬分解成鉬和硫,他們理解到硫擴散增加了奈米鑽石的應變,並將其破壞而轉化為洋蔥狀碳粒。但此結果非常的幸運,因為結果顯示了其它二維材料如何與奈米鑽石相互作用,而獲得相同結果。
 
這種新組合的摩擦力比不粘塗層的含氟聚合物低10倍,這意味著零件和設備間的磨耗更少、產熱更少,此潤滑劑的使用將可持續更長時間,且無須擔心液體殘留物和清理油污。二硫化鉬與奈米鑽石的結合,自動形成洋蔥狀碳球,且無額外化學反應,此種碳球可以承受高接觸壓力,並且由於其獨特的奈米結構,可以輕鬆滑動,因而形成超潤滑劑,可以在滑動過程中產生潤滑,不斷的自我調整,且比一般乾式固態潤滑劑持續更長時間。
 
此固態潤滑劑潛在的工業應用,包括在乾燥環境中的軸承應用和機械泵密封套件以及風力渦輪機的應用,該技術也可用於電腦資訊產業,如資料儲存硬碟磁盤驅動器的應用。
 
阿貢國家實驗室已經擁有三項關於超潤滑技術(石墨烯、六方氮化硼、二硫化鉬)的專利,並且正在申請專利,而這些技術突破,也將很快地授權應用於產業上。(721字;圖1)
 

參考資料:
Nanodiamonds are forever. Phys Org,2018/5/10
Operando tribochemical formation of onion-like-carbon leads to macroscale superlubricity. Nture Communications,2018/3/21
Approaches for Achieving Superlubricity in Two-Dimensional Materials. ACS Nano,2018/3/9


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